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EFFLUENTI DI STALLA E DIGESTATI

SEPARATI RENDONO DI PIùEFFLUENTI DI STALLA E DIGESTATI

SEPARATI RENDONO DI PIù

DICEmbrE 2012

- EFFLUENTI DI STALLA E DIGESTATI, SEPARATI RENDONO DI PIù

Direzione Generale Agricoltura

UNIONE EUROPEAFondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale: l’Europa investe nelle zone rurali

- la frazione liquida chiarificata è generalmente caratterizzata da te-nori ridotti di sostanza secca (dall’1 all’8% circa) e concentra in sé i com-posti solubili, tra cui l’azoto in for-ma ammoniacale, a più pronto effet-to concimante.

La separazione solido-liquido dei li-quami zootecnici e dei digestati può essere effettuata per gravità, in baci-ni o vasche di sedimentazione, oppu-re per mezzo di specifiche attrezzatu-re meccaniche. Tra queste ultime quel-le più comunemente adottate nel setto-re agro-zootecnico sono:- vagli (statici, vibranti, rotativi);- separatore a rulli contrapposti;- separatore a compressione elicoidale;- centrifuga;- flottatore.Come evidenziato in tabella 1, nella frazione solida, a seconda della tec-nica di separazione adottata, possono essere concentrate le particelle “gros-solane”, di dimensioni indicativamen-te superiori a 0,1 mm, oppure sia le grossolane che le “fini”, cioè di dimen-sioni inferiori a 0,1 mm. Inoltre le di-verse attrezzature meccaniche si adat-tano più o meno bene alle diverse tipo-logie di effluenti e presentano consu-mi elettrici e potenzialità di trattamen-to (come quantità di liquame trattato) anche molto diversi tra loro.I principali vantaggi gestionali dovu-ti alla separazione solido-liquido, per ognuna delle due frazioni, si posso-no riassumere come indicato nel box a fianco.

La separazione solido-liquido può essere definita, generica-mente, come una tecnica in grado di migliorare la gestione dei liquami zootecnici e dei di-gestati (gli effluenti in uscita da-

gli impianti di digestione anaerobica).L’adozione di questa tecnica permette di ottenere una frazione solida o den-sa, di consistenza palabile o pasto-sa a seconda del materiale di parten-za e dell’attrezzatura impiegata, e una frazione liquida chiarificata, privata di parte dei solidi sospesi contenuti nel materiale di partenza.I due materiali possiedono caratteristi-che distinte:- la frazione solida ha un tenore di so-

stanza secca (o solidi totali) relativa-mente elevato (dal 15 al 30% circa a seconda della tecnica utilizzata e del materiale in ingresso) e concentra in sé la sostanza organica (o solidi vola-tili) e i nutrienti sotto forma prevalen-temente organica, a lento rilascio;

L a separazione facilita sia il riutilizzo in stalla delle due frazioni ottenute sia il loro impiego agronomico. In quest’ultimo caso i nutrienti contenuti nella parte solida risultano a lento rilascio mentre la parte liquida chiarificata ha un pronto effetto concimante.

I liquami zootecnici così come gli effluenti in uscita dagli impianti di digestione anaerobica possono essere utilmente sottoposti a un processo di separazione, ottenendo una frazione solida o addensata e una liquida chiarificata.Tra i vantaggi conseguenti a questa operazione vi sono per la parte solida la facilità di trasporto e di distribuzione in campo e per la parte liquida la migliore gestione dello stoccaggio ed il possibile uso fertirriguo.

I vANTAGGI DELLA SEPARAzIONE

QUANTA ENERGIA RISPETTO A SILOmAIS?Il potenziale metanigeno delle frazioni solide dei liquami può essere espresso in silomais equivalente - la quantità equivalente di insilato di mais standard

necessaria per produrre lo stesso volume di metano - e in questo modo agevolmente confrontato.

La digestione anaerobica è un processo in grado di utiliz-

zare in modo molto flessibile la maggior parte dei prodotti di ori-gine organica (vegetale o animale) trasformandoli in biogas, una mi-scela composta prevalentemente da metano e anidride carbonica.Il valore energetico delle biomasse da destinare alla digestione ana-erobica può essere definito appli-cando una tecnica che consenta di determinare il potenziale me-tanigeno (o bmP, dall’inglese Bio-chemical Methane Potential), cer-cando di simulare in un ambiente controllato quanto avviene in un digestore anaerobico. Tale tecnica, definita nelle sue modalità dalla norma Uni En Iso 11734:2004, è stata applicata nel laboratorio del

Crpa (http://crpalab.crpa.it) a di-verse frazioni solide di liquami zootecnici. In tabella 3 si riportano alcuni dei risultati ottenuti, che sono stati confrontati con la producibilità di metano del mais insilato, cioè la coltura energetica di riferimento per la digestione anaerobica; ciò ha permesso di definire il “silo-mais equivalente” (Smeq), ovvero la quantità equivalente di insilato di mais standard necessaria per produrre lo stesso volume di me-tano. In linea generale si può defi-nire silomais standard un prodotto con il 33% di solidi totali, il 4% di ceneri e una produzione di metano pari a 350 Nm3/t di solidi volatili ovvero 110,9 Nm3 metano/t tal quale.

Dai test effettuati è risultato che una tonnellata di frazione solida da liquami bovini, ottenuta con sepa-ratore a compressione elicoidale, ha un potenziale metanigeno che è equivalente a quello di 0,3-0,4 t di insilato di mais standard, mentre una tonnellata di frazione adden-sata di liquami suini, ottenuta con flottatore, ha un potenziale metani-geno che è equivalente a quello di 0,15 t di insilato di mais standard. Nel valutare i costi e benefici che si potrebbero avere utilizzando fra-zioni solide da liquami in sostitu-zione dell’insilato di mais sono da considerare anche, oltre all’indice Smeq e al prezzo dei materiali, la variazione del carico idraulico del digestore e il quantitativo di dige-stato (e di azoto) in uscita.

Tab. 3 - Potenziali metanigeni medi di liquami “freschi”Frazione solida o densa Nm3 biogas/t Sv (3) Nm3 metano/t tq (4) Smeq t

Sm/t

m(5)

Frazione solida da liquame bovino con paglia (1) 375 41 0,37

Frazione solida da liquame bovino con segatura (1) 352 36 0,33

Frazione densa da liquame suino (2) 389 16,3 0,15

(1) Ottenute con separatore a compressione elicoidale, avevano un tenore di solidi totali del 21%(2) Ottenuta con flottatore, aveva un tenore di solidi totali dell’8%(3) Normal metri cubi di biogas per tonnellata di solidi volatili(4) Normal metri cubi di metano per tonnellata di materiale tal quale(5) Tonnellate di silomais standard (tSm) per tonnellata di matrice analizzata (tm)

Tab. 1 - Principali tipologie di separatori e loro caratteristicheTipologia di separatore Tipo di solidi separati Effluente trattato (in genere) Potenza elettrica(1) (kW) Portata (m3/ora)

Vagli Grossolani Suino 0,5-2 10-30

rulli contrapposti Grossolani bovino 1-2 10-60 Digestato

Compressione elicoidale Grossolani bovino 4-7,5(2) 10-45 Digestato

Centrifuga Grossolani e fini Suino 10-40 5-35 Digestato

Flottatore Grossolani e fini Suino 5-12 5-30

(1) Esclusa pompa di carico la cui potenza elettrica può essere variabile da 2 a 10 kW (2) I valori più elevati sono relativi a macchine con filtro allungato per avere frazione solida più asciutta

TesTi a cura di: Paolo Mantovi

Claudio Fabbri

Sergio PiCCinini

Centro riCerChe Produzioni AnimAli - CrPA SPA

redazione: agen.ter. - Agenzia territoriale per la sostenibilità alimentare, agro-ambientale ed energetica

Grafica: PH5

StAmPA:geSCoM

Progetto realizzato da Centro ricerche Produzioni Animali - CrPA SpA con il finanziamento del Programma di Sviluppo rurale dell’Emilia-romagna 2007-2013, misura 111 Azione 2 “Azioni trasversali di supporto al sistema della conoscenza”.

zione di separazione, e un rapido av-vio e carico all’impianto di biogas. L’ “invecchiamento” dei liquami tal qua-li oppure delle frazioni solide separate può infatti determinare perdite di valo-re energetico anche molto significative.Nello schema si riporta un esempio concreto di separazione, trasferimen-to e digestione anaerobica applicato ad allevamenti di bovini da latte.

Digerendo riduco l’efficienzaProve condotte dal Crpa hanno sup-portato con dati ciò che si poteva intu-ire: l’efficienza di separazione della so-stanza secca e dei nutrienti (N, P) nel-la frazione solida derivante da liquami zootecnici sottoposti a digestione ana-erobica – non codigeriti con altri sub-strati – si riduce rispetto agli effluen-ti freschi. Ciò dipende dalla riduzione del tenore di sostanza secca che si ha

con la digestione e può risultare sfa-vorevole qualora si persegua l’obietti-vo di concentrare la sostanza organica e i nutrienti nella frazione solida, ad esempio per esportarli; per questo fi-ne sarebbe certamente più convenien-te sottoporre a separazione i liquami non digeriti. Si intravedono invece dei vantaggi se si guarda alle proprietà fertilizzan-ti delle due frazioni, infatti si concen-trano:• nella frazione liquida chiarifica-

ta un’elevata percentuale dell’azo-to sotto forma ammoniacale pron-tamente assimilabile dalle colture, compreso quello mineralizzatosi nel corso del processo di digestione;

• nella frazione solida l’azoto organi-co a più lenta mineralizzazione, che rende tale materiale più adatto per un uso ammendante.


Sono considerati tre allevamenti bovini da latte, nei quali le vacche sono in cuccette con paglia, la rimonta su lettiera con paglia.

L’impianto di biogas centralizzato riceve:

• letame e frazioni solide separate di liquami da due allevamenti distanti, localiz-zati in Zona Vulnerabile da Nitrati (per circa 19.000 kg N/anno l’allevamento 1 e circa 16.000 kg N/anno l’allevamento 2, oltre la metà del loro carico di azoto);

• letame e liquami tal quali da un terzo allevamento adiacente, localizzato in zona non vulnerabile da nitrati.

Il trasferimento del letame e delle frazioni solide separate dalle aziende in Zona Vul-nerabile da Nitrati alla zona non vulnerabile può permettere di ridurre o addirittura azzerare i surplus di azoto di tali aziende. In zona non vulnerabile la disponibilità di terreno per la fertilizzazione con azoto di origine zootecnica è generalmente su-periore a quella che si ha in Zona Vulnerabile da Nitrati e può consentire lo spandi-mento a norma del digestato di origine zootecnica.

ZONA VULNERABILE DA NITRATI ZONA NON VULNERABILE

300 vacche da latte200 capi in rimonta



liquame: 7.700 t/annoletame: 1.900 t/anno

liquame 6.400

t/anno

liquame 5.100 t/anno

solido 2.200 t/anno

solido 1.800 t/anno

chiarificato 4.200 t/anno

chiarificato3.300 t/anno

letame 1.500 t/anno

letame 1.350 t/anno

Potenza elettrica installabile

300 kW

Impianto di biogas consortile

Allevamento n. 1 Allevamento n. 2 Allevamento n. 3

Separazione, trasferimento e digestione anaerobica di effluenti bovini

Frazione solida o addensata

• Possibilità di stabilizzazione in platea (se il materiale è palabile).

• Facilità di trasporto e di trasferimento di nutrienti fuori dall’azienda.

• Distribuzione con spandiletame o spandicompost.

• Utilizzo come ammendante (ad esem-pio nel rinnovo di impianti di colture arboree).

• Riutilizzo in stalla come lettiera.

Frazione liquida chiariFicata

• Ridotto fabbisogno di volume di stoc-caggio.

• Facilità di miscelazione e pompaggio.

• Rischi limitati di intasamento delle tubature.

• Modesta formazione di “cappello” o “crostone” nello stoccaggio.

• Emissioni di odori contenute.

• Possibilità di ricircolo in stalla (flushing).

• Impiego su colture in atto con ridotto imbrattamento delle stesse e uso fer-tirriguo.

• Dispositivo per la determinazione del potenziale metanigeno

L’efficienza di separazioneCon il termine “efficienza di separazio-ne” si intende la quantità di uno speci-fico componente (sostanza secca o so-lidi totali, sostanza organica o solidi volatili, azoto totale, azoto ammonia-cale, fosforo, ecc.) segregato all’inter-no della frazione solida a seguito del processo di separazione.Il Crpa ha condotto numerose prove di separazione solido-liquido, applican-do le tecniche più diffuse in condizioni operative reali in allevamenti (bovini e suini) e impianti di biogas (operanti su effluenti zootecnici e colture dedicate). Per ogni test di verifica sono stati cam-pionati sia l’effluente all’ingresso del dispositivo di trattamento sia le due frazioni prodotte (solido separato e frazione chiarificata) e sono state con-dotte diverse analisi chimiche tra cui: solidi totali, solidi volatili, azoto totale, azoto ammoniacale, fosforo. In tabella 2 vengono presentati i principali risul-tati ottenuti nelle prove.Le efficienze di separazione possono differire in modo considerevole quan-do le stesse macchine sono applicate a effluenti con caratteristiche chimi-co-fisiche diverse, ma in generale si ha una correlazione significativa tra le ef-ficienze di separazione e il contenuto di sostanza secca (o solidi totali) dei li-quami o digestati avviati al trattamen-to (figure a fianco). Con separatori a rulli contrapposti o a compressione elicoidale, a parità di contenuto di solidi totali, l’efficienza di separazione in peso dei liquami bovini è risultata più elevata grazie alla mag-giore dimensione media delle particel-le presenti. Le due tecniche, per quan-to diverse, hanno comunque efficien-ze di separazione simili nei confronti delle diverse componenti, e influenza-te in primo luogo dal contenuto di soli-di totali e dal tipo di frazione particella-re presente.

Frazione solida alla digestione anaerobicaLa delocalizzazione delle frazioni so-lide separate degli effluenti zootecnici al di fuori delle aree a elevata densità di allevamenti o delle Zone Vulnerabili da Nitrati è certamente ostacolata dal-le distanze che tali materiali, con teno-re di umidità ancora troppo alto e con-tenuto di nutrienti relativamente bas-so, devono percorrere.Una soluzione conveniente potreb-be essere quella di avviarle alla dige-stione anaerobica per la produzione di biogas. Questo utilizzo sembra essere auspicato dal Dm 6 luglio 2012, in at-tuazione dell’articolo 24 del D.Lgs. n. 28 del 3 marzo 2011, che ha ridefini-to il quadro degli incentivi per gli im-pianti di biogas che saranno messi in esercizio a partire dal 2013. Le indica-zioni che emergono dal decreto, infat-ti, mettono in luce una chiara intenzio-ne da parte del legislatore di incentiva-re soprattutto impianti di piccola taglia alimentati da sottoprodotti di recupero come possono essere le frazioni solide degli effluenti di allevamento.rispetto ai liquami zootecnici, le loro frazioni solide separate sono più con-venientemente trasportabili, avendo un minore contenuto di acqua. Se si ragio-na in termini energetici meno acqua si-gnifica un maggiore contenuto specifi-co di sostanza secca e di sostanza or-ganica, che può essere sfruttata per la produzione di biogas. Nel perseguire questa “opzione ener-getica” risulta fondamentale ottimizza-re le rese e i costi di separazione, con-servare il più possibile il potenziale me-tanigeno delle frazioni solide e valu-tare con attenzione tutti i costi e i be-nefici. La conservazione del potenzia-le energetico degli effluenti zootecni-ci presuppone la separazione di liqua-mi “freschi”, vale a dire escreti nei gior-ni immediatamente precedenti l’opera-


L e efficienze di separazione che le attrezzature a compressione elicoidale o a rulli contrapposti possono raggiungere dipendono in primo luogo dal contenuto di sostanza secca dei liquami avviati al trattamento: tanto più alto è il loro contenuto di sostanza secca e tanto maggiori saranno le efficienze di separazione ottenibili in termini di peso, solidi totali e azoto.

Sotto, impianto a biogas. Per conservare il potenziale energetico degli effluenti zootecnici, occorre evitarne l’invecchiamento sottoponendoli rapidamente al processo di digestione anaerobica.

Tab. 2 - Efficienze di separazione attese dalle diverse attrezzature (%)

Tipologia di separatore Effluente Peso Sostanza secca Azoto Fosforo

Vagli Suino 3-5 20-25 4-7 8-12

rulli contrapposti(1) Suino 2-30 15-55 5-35 5-35 bovino Digestato

Compressione elicoidale(1) Suino 2-25 15-55 5-30 10-35 bovino Digestato

Centrifuga Suino 5-20 40-80 10-40 30-80 bovino Digestato

Flottatore Suino 15-35 40-70 20-35 40-80

(1) Per le tecniche di separazione a rulli contrapposti e a compressione elicoidale si riportano nelle figure a fianco alcuni dati suddivisi per tipologie di effluenti trattati

COmE DIvIDERE IL SOLIDO DAL LIQUIDO Vagli (statici, vibranti, rotativi). Sono diffusi negli allevamenti suini con il fine di separare i materiali più grossolani, come le setole e i residui di alimento, prima di avviare i liquami allo stoccaggio.

Centrifughe. Trovano applicazione laddove si abbia l’e-sigenza di segregare nella frazione solida sia i solidi gros-solani che quelli fini, oppure quote elevate dei nutrienti (azoto, fosforo), come ad esempio nella separazione degli effluenti poi trattati in impianti di depurazione biologica. Le centrifughe utilizzate per la separazione dei liquami o dei digestati sono normalmente ad asse orizzontale. I loro costi, sia di investimento che gestionali, sono de-cisamente più elevati di quelli dei separatori a rulli o a compressione.

Flottatori. Attrezzature che si basano sulla insufflazio-ne d’aria nei liquami, con il fine di aggregare e trascinare in superficie le particelle solide poi rimosse per mezzo di un dispositivo raschiatore o sfioratore. Vengono utilizzati in particolare per addensare liquami suini o fanghi di depurazione anche facendo uso di additivi chimici che favoriscono l’aggregazione delle particelle. La frazione solida che si ottiene non è palabile e, quando deriva da liquami zootecnici freschi, si può ben prestare all’utilizzo in impianti di biogas.

Altre AttrezzAtureTra le più comuni attrezzature mec-

caniche per la separazione solido-liquido degli effluenti, vengono descritte nel dettaglio il separatore a rulli contrap-posti e quello a compressione elicoidale, in quanto rappresentano le due tipologie più diffuse negli allevamenti zootecnici e negli impianti di biogas.

È un sistema meccanico costituito da un vaglio cilindrico rotante in metallo su cui ruotano, all’esterno, due rulli pressori in gomma e, all’interno, due controrulli e una spazzola. Il liquame viene caricato dall’alto e fil-trato attraverso il vaglio; la funzione dei rulli pressori è quella di disidratare ul-teriormente la frazione solida che non passa attraverso le fessure. La spazzola interna mantiene pulite le fessure del va-glio cilindrico.La frazione solida viene rimossa dalla superficie esterna del vaglio con l’aiuto di una lama fissa che ne sfiora la superfi-cie ed è convogliata su uno scivolo che la lascia cadere all’esterno. La frazione li-quida invece scende sul fondo della mac-china da cui viene evacuata per mezzo di apposita tubazione.È possibile regolare la pressione che i rulli esercitano sul vaglio e in funzione del tipo di liquame da trattare si posso-no scegliere vagli con diverse dimensio-ni delle fessure, generalmente da 0,5 a 2,0 mm.

Il sistema è meccanico ed è costituito es-senzialmente da un filtro cilindrico com-posto da sottili barre in acciaio entro cui ruota una vite senza fine azionata da un motore elettrico.Il liquame viene caricato dall’alto e pro-gressivamente compresso dalla vite senza fine entro il filtro cilindrico. La frazione li-quida passa attraverso le fessure del filtro e viene scaricata sul fondo della macchina, mentre quella solida viene pressata dalla vite contro un regolatore di portata posi-zionato all’uscita del materiale.La pressione esercitata dal regolatore di portata posizionato all’uscita della frazione solida può essere regolata, a seconda del modello di separatore a compressione utilizzato, attraverso dei contrappesi oppure con un sistema a molle e, in funzione del tipo di liquame da trattare, si possono scegliere filtri con diverse dimensioni delle fessure, gene-ralmente da 0,25 a 1,00 mm.

La loro diffusione è dovuta al fatto che si tratta di macchine che garantiscono la se-parazione di buona parte dei solidi gros-solani, producendo una frazione solida palabile e quindi ben gestibile, e presenta-no costi di installazione e gestione (manu-tenzione e consumi) non troppo elevati. In entrambe i casi si tratta di macchine che si

adattano molto bene all’allevamento bovi-no, mentre il loro utilizzo nell’allevamento suino e negli impianti di biogas dipende dalle caratteristiche degli effluenti prodot-ti che dovrebbero avere un tenore di so-stanza secca abbastanza elevato (> 4%) al fine di ottenere efficienze di separazione significative.

• Centrifuga ad asse orizzontale

• Flottatore

• Separatore a compressione elicoidale

• Impianto di biogas

• Separatore a rulli contrapposti • Separatore mobile a rulli

Correlazione tra contenuto di sostanza secca degli effluenti ed efficienza di separazione

Confronto tra sistema a compressione elicoidale e a rulli contrapposti

Efficienza di separazione dei solidi totali

Efficienza di separazione dell’azoto

Separatore a compressione elicoidale

Separatore a rulli contrapposti o controrotanti

Compressione elicoidale


Efficienza di separazione in peso


40%

35%

30%

20%

10%

0%00 40 8020 60 100 120

0 40 8020 60 100 120

0 40 8020 60 100 120

0 40 8020 60 100 120

0 40 8020 60 100 120

0 40 8020 60 100 120

25%

15%

5%

40%

35%

30%

20%

10%

0%

25%

15%

5%

70%

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50%

30%

10%

0%

40%

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70%

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0%

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30%

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0%

25%

15%

5%

Rulli contrapposti

Rulli contrapposti

Rulli contrapposti

Foto G. Provolo

alimentazione

troppo pieno

solido

liquame chiarificato

carico

vagliotramoggia

cilindri compressori

solido separato

controrulli

spazzola

scarico

Liquame bovino

Digestato (liquame bovino e colture dedicate)

Liquame suino

Le curve rappresentano la regressione lineare tra concentrazione di solidi totali nell’effluente trattato ed efficienze di separazione in peso, dei solidi totali, dell’azoto.

Asse X: Solidi totali (g/kg)Asse Y: Efficienza di separazione (%)

EFFLUENTI DI STALLA E DIGESTATI

SEPARATI RENDONO DI PIùEFFLUENTI DI STALLA E DIGESTATI

SEPARATI RENDONO DI PIù

DICEmbrE 2012


Direzione Generale Agricoltura

UNIONE EUROPEAFondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale: l’Europa investe nelle zone rurali

- la frazione liquida chiarificata è generalmente caratterizzata da te-nori ridotti di sostanza secca (dall’1 all’8% circa) e concentra in sé i com-posti solubili, tra cui l’azoto in for-ma ammoniacale, a più pronto effet-to concimante.

La separazione solido-liquido dei li-quami zootecnici e dei digestati può essere effettuata per gravità, in baci-ni o vasche di sedimentazione, oppu-re per mezzo di specifiche attrezzatu-re meccaniche. Tra queste ultime quel-le più comunemente adottate nel setto-re agro-zootecnico sono:- vagli (statici, vibranti, rotativi);- separatore a rulli contrapposti;- separatore a compressione elicoidale;- centrifuga;- flottatore.Come evidenziato in tabella 1, nella frazione solida, a seconda della tec-nica di separazione adottata, possono essere concentrate le particelle “gros-solane”, di dimensioni indicativamen-te superiori a 0,1 mm, oppure sia le grossolane che le “fini”, cioè di dimen-sioni inferiori a 0,1 mm. Inoltre le di-verse attrezzature meccaniche si adat-tano più o meno bene alle diverse tipo-logie di effluenti e presentano consu-mi elettrici e potenzialità di trattamen-to (come quantità di liquame trattato) anche molto diversi tra loro.I principali vantaggi gestionali dovu-ti alla separazione solido-liquido, per ognuna delle due frazioni, si posso-no riassumere come indicato nel box a fianco.

La separazione solido-liquido può essere definita, generica-mente, come una tecnica in grado di migliorare la gestione dei liquami zootecnici e dei di-gestati (gli effluenti in uscita da-

gli impianti di digestione anaerobica).L’adozione di questa tecnica permette di ottenere una frazione solida o den-sa, di consistenza palabile o pasto-sa a seconda del materiale di parten-za e dell’attrezzatura impiegata, e una frazione liquida chiarificata, privata di parte dei solidi sospesi contenuti nel materiale di partenza.I due materiali possiedono caratteristi-che distinte:- la frazione solida ha un tenore di so-

stanza secca (o solidi totali) relativa-mente elevato (dal 15 al 30% circa a seconda della tecnica utilizzata e del materiale in ingresso) e concentra in sé la sostanza organica (o solidi vola-tili) e i nutrienti sotto forma prevalen-temente organica, a lento rilascio;

L a separazione facilita sia il riutilizzo in stalla delle due frazioni ottenute sia il loro impiego agronomico. In quest’ultimo caso i nutrienti contenuti nella parte solida risultano a lento rilascio mentre la parte liquida chiarificata ha un pronto effetto concimante.


I vANTAGGI DELLA SEPARAzIONE

QUANTA ENERGIA RISPETTO A SILOmAIS?Il potenziale metanigeno delle frazioni solide dei liquami può essere espresso in silomais equivalente - la quantità equivalente di insilato di mais standard

necessaria per produrre lo stesso volume di metano - e in questo modo agevolmente confrontato.

La digestione anaerobica è un processo in grado di utiliz-

zare in modo molto flessibile la maggior parte dei prodotti di ori-gine organica (vegetale o animale) trasformandoli in biogas, una mi-scela composta prevalentemente da metano e anidride carbonica.Il valore energetico delle biomasse da destinare alla digestione ana-erobica può essere definito appli-cando una tecnica che consenta di determinare il potenziale me-tanigeno (o bmP, dall’inglese Bio-chemical Methane Potential), cer-cando di simulare in un ambiente controllato quanto avviene in un digestore anaerobico. Tale tecnica, definita nelle sue modalità dalla norma Uni En Iso 11734:2004, è stata applicata nel laboratorio del

Crpa (http://crpalab.crpa.it) a di-verse frazioni solide di liquami zootecnici. In tabella 3 si riportano alcuni dei risultati ottenuti, che sono stati confrontati con la producibilità di metano del mais insilato, cioè la coltura energetica di riferimento per la digestione anaerobica; ciò ha permesso di definire il “silo-mais equivalente” (Smeq), ovvero la quantità equivalente di insilato di mais standard necessaria per produrre lo stesso volume di me-tano. In linea generale si può defi-nire silomais standard un prodotto con il 33% di solidi totali, il 4% di ceneri e una produzione di metano pari a 350 Nm3/t di solidi volatili ovvero 110,9 Nm3 metano/t tal quale.

Dai test effettuati è risultato che una tonnellata di frazione solida da liquami bovini, ottenuta con sepa-ratore a compressione elicoidale, ha un potenziale metanigeno che è equivalente a quello di 0,3-0,4 t di insilato di mais standard, mentre una tonnellata di frazione adden-sata di liquami suini, ottenuta con flottatore, ha un potenziale metani-geno che è equivalente a quello di 0,15 t di insilato di mais standard. Nel valutare i costi e benefici che si potrebbero avere utilizzando fra-zioni solide da liquami in sostitu-zione dell’insilato di mais sono da considerare anche, oltre all’indice Smeq e al prezzo dei materiali, la variazione del carico idraulico del digestore e il quantitativo di dige-stato (e di azoto) in uscita.

Tab. 3 - Potenziali metanigeni medi di liquami “freschi”Frazione solida o densa Nm3 biogas/t Sv (3) Nm3 metano/t tq (4) Smeq t

Sm/t

m(5)

Frazione solida da liquame bovino con paglia (1) 375 41 0,37

Frazione solida da liquame bovino con segatura (1) 352 36 0,33

Frazione densa da liquame suino (2) 389 16,3 0,15

(1) Ottenute con separatore a compressione elicoidale, avevano un tenore di solidi totali del 21%(2) Ottenuta con flottatore, aveva un tenore di solidi totali dell’8%(3) Normal metri cubi di biogas per tonnellata di solidi volatili(4) Normal metri cubi di metano per tonnellata di materiale tal quale(5) Tonnellate di silomais standard (tSm) per tonnellata di matrice analizzata (tm)

Tab. 1 - Principali tipologie di separatori e loro caratteristicheTipologia di separatore Tipo di solidi separati Effluente trattato (in genere) Potenza elettrica(1) (kW) Portata (m3/ora)

Vagli Grossolani Suino 0,5-2 10-30

rulli contrapposti Grossolani bovino 1-2 10-60 Digestato

Compressione elicoidale Grossolani bovino 4-7,5(2) 10-45 Digestato

Centrifuga Grossolani e fini Suino 10-40 5-35 Digestato

Flottatore Grossolani e fini Suino 5-12 5-30

(1) Esclusa pompa di carico la cui potenza elettrica può essere variabile da 2 a 10 kW (2) I valori più elevati sono relativi a macchine con filtro allungato per avere frazione solida più asciutta

TesTi a cura di: Paolo Mantovi

Claudio Fabbri

Sergio PiCCinini

Centro riCerChe Produzioni AnimAli - CrPA SPA

redazione: agen.ter. - Agenzia territoriale per la sostenibilità alimentare, agro-ambientale ed energetica

Grafica: PH5

StAmPA:geSCoM

Progetto realizzato da Centro ricerche Produzioni Animali - CrPA SpA con il finanziamento del Programma di Sviluppo rurale dell’Emilia-romagna 2007-2013, misura 111 Azione 2 “Azioni trasversali di supporto al sistema della conoscenza”.

zione di separazione, e un rapido av-vio e carico all’impianto di biogas. L’ “invecchiamento” dei liquami tal qua-li oppure delle frazioni solide separate può infatti determinare perdite di valo-re energetico anche molto significative.Nello schema si riporta un esempio concreto di separazione, trasferimen-to e digestione anaerobica applicato ad allevamenti di bovini da latte.

Digerendo riduco l’efficienzaProve condotte dal Crpa hanno sup-portato con dati ciò che si poteva intu-ire: l’efficienza di separazione della so-stanza secca e dei nutrienti (N, P) nel-la frazione solida derivante da liquami zootecnici sottoposti a digestione ana-erobica – non codigeriti con altri sub-strati – si riduce rispetto agli effluen-ti freschi. Ciò dipende dalla riduzione del tenore di sostanza secca che si ha

con la digestione e può risultare sfa-vorevole qualora si persegua l’obietti-vo di concentrare la sostanza organica e i nutrienti nella frazione solida, ad esempio per esportarli; per questo fi-ne sarebbe certamente più convenien-te sottoporre a separazione i liquami non digeriti. Si intravedono invece dei vantaggi se si guarda alle proprietà fertilizzan-ti delle due frazioni, infatti si concen-trano:• nella frazione liquida chiarifica-

ta un’elevata percentuale dell’azo-to sotto forma ammoniacale pron-tamente assimilabile dalle colture, compreso quello mineralizzatosi nel corso del processo di digestione;

• nella frazione solida l’azoto organi-co a più lenta mineralizzazione, che rende tale materiale più adatto per un uso ammendante.


Sono considerati tre allevamenti bovini da latte, nei quali le vacche sono in cuccette con paglia, la rimonta su lettiera con paglia.

L’impianto di biogas centralizzato riceve:

• letame e frazioni solide separate di liquami da due allevamenti distanti, localiz-zati in Zona Vulnerabile da Nitrati (per circa 19.000 kg N/anno l’allevamento 1 e circa 16.000 kg N/anno l’allevamento 2, oltre la metà del loro carico di azoto);

• letame e liquami tal quali da un terzo allevamento adiacente, localizzato in zona non vulnerabile da nitrati.

Il trasferimento del letame e delle frazioni solide separate dalle aziende in Zona Vul-nerabile da Nitrati alla zona non vulnerabile può permettere di ridurre o addirittura azzerare i surplus di azoto di tali aziende. In zona non vulnerabile la disponibilità di terreno per la fertilizzazione con azoto di origine zootecnica è generalmente su-periore a quella che si ha in Zona Vulnerabile da Nitrati e può consentire lo spandi-mento a norma del digestato di origine zootecnica.

ZONA VULNERABILE DA NITRATI ZONA NON VULNERABILE




liquame: 7.700 t/annoletame: 1.900 t/anno

liquame 6.400

t/anno

liquame 5.100 t/anno

solido 2.200 t/anno

solido 1.800 t/anno

chiarificato 4.200 t/anno

chiarificato3.300 t/anno

letame 1.500 t/anno

letame 1.350 t/anno

Potenza elettrica installabile

300 kW

Impianto di biogas consortile

Allevamento n. 1 Allevamento n. 2 Allevamento n. 3

Separazione, trasferimento e digestione anaerobica di effluenti bovini

Frazione solida o addensata

• Possibilità di stabilizzazione in platea (se il materiale è palabile).

• Facilità di trasporto e di trasferimento di nutrienti fuori dall’azienda.

• Distribuzione con spandiletame o spandicompost.

• Utilizzo come ammendante (ad esem-pio nel rinnovo di impianti di colture arboree).

• Riutilizzo in stalla come lettiera.

Frazione liquida chiariFicata

• Ridotto fabbisogno di volume di stoc-caggio.

• Facilità di miscelazione e pompaggio.

• Rischi limitati di intasamento delle tubature.

• Modesta formazione di “cappello” o “crostone” nello stoccaggio.

• Emissioni di odori contenute.

• Possibilità di ricircolo in stalla (flushing).

• Impiego su colture in atto con ridotto imbrattamento delle stesse e uso fer-tirriguo.

• Dispositivo per la determinazione del potenziale metanigeno

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