Digestione anaerobica e aspetti igienico-sanitari

M. Petruccioli Dipartimento per l’Innovazione

nei sistemi Biologici, Agro-alimentari 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

Dopo decenni di uso della digestione anaerobica nasce il sospetto:

Si possono liberare microrganismi dannosi ? Batteri enterici

es., Salmonella spp., Escherichia coli, Enterococcus spp.,

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)

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 non-coltivabili.

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

Germania

380000 t/a rifiuti organici dall’industria di trasformazione della patata, frutta e verdura 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

Italia

2400000 t/a vinacce, vinaccioli e raspi 700000 t/a sansa di olive 40000 t/a gusci di mandorla 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

USA

300000 t/a vinacce, vinaccioli e raspi in California 9525 t/a residui dalla produzione dei succhi di mirtillo 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.)