Recupero di Struvite dai Liquami Suini per la Sostenibilità Ambientale
Gli effluenti suini rappresentano attualmente un'eccellente matrice fertilizzante per colture e terreni, poiché sono ricchi di macro e micronutrienti, nonché di sostanza organica, utili per mantenere elevata la produttività dei suoli agricoli. Tuttavia, sorge una problematica legata alle potenziali emissioni, in particolare di ammoniaca e gas serra, durante le fasi di stoccaggio e spandimento.
Da qui nasce l'iniziativa del Gruppo operativo per l'innovazione "Struvite - Trattamento degli effluenti e digestati zootecnici per ridurne le emissioni e produrre struvite".
L'obiettivo è stato quello di ridurre i livelli di azoto (N), fosforo (P) e sostanza secca (St) negli effluenti zootecnici per diminuire le emissioni in atmosfera di ammoniaca, metano e protossido d'azoto sia nella fase di stoccaggio che durante gli spandimenti. L'azoto recuperato dagli effluenti attualmente produce la struvite, un fertilizzante a rilascio lento che può essere attualmente distribuito per sostituire, almeno in parte, i fertilizzanti di sintesi nelle regioni con carenza di nutrienti. La fase liquida post-trattamento attualmente risulta impoverita di azoto e fosforo, riducendo così l'impatto ambientale sia sull'aria che sull'acqua.
Società Agricola Colombaro
L’attività prevalente in questa azienda, che ha sede nella frazione di Colombaro nel comune di Formigine (MO), è l’allevamento di suini e la coltivazione di cereali e seminativi. L’allevamento è strutturato in nove capannoni per l’allevamento a ciclo aperto di suini da ingrasso: tipologia pesante da 170 kg destinati alle produzioni DOP per la filiera del prosciutto di Parma. L’allevamento può ospitare quasi 15.000 suini e circa 1.270 t di peso vivo presente. La Società Agricola Colombaro è un esempio di impresa che ha integrato l’allevamento di suini con la produzione di energia rinnovabile tramite impianti fotovoltaici collocati sul tetto delle porcilaie e un impianto di biogas.
Altre informazioni
Via Viazza di Sotto 11
41050 Formigine MO
Italia
Estrazione di Struvite dai liquami suini
Gli effluenti suini rappresentano un’ottima matrice fertilizzante per le colture e i terreni, in quanto ricchi sia di macro e micro nutrienti che di sostanza organica, utili per il mantenimento della produttività dei suoli agricoli. Il rovescio della medaglia è costituito dalla potenzialità emissiva (ammoniaca e gas serra) dei liquami durante le fasi di stoccaggio e spandimento. Il settore agricolo, infatti, determina il 7% circa delle emissioni nazionali di gas serra e di questa quota il 18,8% deriva dalla gestione delle deiezioni. Per quanto riguarda le emissioni ammoniacali, il settore agricoltura rappresenta il 94% delle emissioni nazionali con il 49,9% di tale quota derivante dalla gestione degli effluenti (Ispra, Rapporti 318/2020 e 319/2020).
In Italia sono presenti aree ad elevata presenza di allevamenti in cui una gestione ottimale degli effluenti e digestati zootecnici potrebbe comportare una riduzione delle emissioni. Non solo, un trattamento degli effluenti finalizzato anche al recupero dei nutrienti in essi contenuti potrebbe favorire la delocalizzazione del surplus di nutrienti (azoto e fosforo) dalle aree ad elevata zootecnia verso aree invece caratterizzate da richiesta di concimi chimici, in raccordo coi principi del Nutrient Recovery and Reuse e con i target del Farm to Fork dell’Ue. La strategia Farm to Fork promuove un sistema alimentare sostenibile, cuore del Green Deal dell’Unione europea, che tra gli obiettivi principali ha quello di ridurre del 20% l’uso dei fertilizzanti industriali e del 50% la perdita dei nutrienti entro il 2030. Queste sono le motivazioni che hanno dato vita al Gruppo operativo per l’innovazione “Struvite - Trattamento degli effluenti e digestati zootecnici per ridurne le emissioni e produrre struvite”.
L’obiettivo del Go Struvite è quello di diminuire il tenore di azoto (N), fosforo (P) e sostanza secca (St) negli effluenti e digestati zootecnici al fine di ridurre le emissioni in atmosfera di ammoniaca, metano e protossido d’azoto, sia dalla fase di stoccaggio che dagli spandimenti. L’azoto recuperato dagli effluenti produrrà la struvite, un fertilizzante di recupero a lento rilascio che potrà essere delocalizzato e contribuire a sostituire, in parte, i fertilizzanti di sintesi nelle aree caratterizzate da deficit di nutrienti. La frazione liquida post trattamento risulterà impoverita di azoto e fosforo e pertanto a minor impatto ambientale, sia verso il comparto aria che acqua.
Per raggiungere gli obiettivi prefissati il Go ha progettato e realizzato un sistema prototipale, a scala aziendale, in grado di produrre ed estrarre struvite dagli effluenti e digestati zootecnici. Attraverso la produzione di struvite non solo si recupera l’azoto, ma anche il fosforo, di cui i liquami suinicoli possiedono elevate dotazioni. La produzione dei concimi azotati si ottiene su larga scala partendo dalla sintesi industriale dell’ammoniaca, utilizzando come reagenti azoto molecolare (79% dell’atmosfera) e idrogeno (da metano e acqua), sfruttando il processo Haber-Bosch. A differenza della produzione industriale dei fertilizzanti azotati, che può essere considerata un segmento di una linea circolare chiusa, la produzione dei concimi fosfatici rappresenta un segmento di una linea retta: il fosforo a fine ciclo non ritorna nelle rocce fosfatiche. Il progressivo esaurimento della materia prima, in particolar modo delle rocce a più elevato tenore di anidride fosforica, già classificate come elemento raro (Ifdc, 2010), porterà ad un sostanziale incremento di prezzo e di difficoltà di approvvigionamento dei concimi a base di fosforo. L’impiego, inoltre, della struvite al posto di concimi chimici evita le emissioni di gas serra che sarebbero derivate dalla loro produzione industriale.
Il prototipo realizzato dal Go è stato installato presso l’Azienda agricola Colombaro, che sottopone i propri liquami suinicoli in uscita dalle stalle al processo di digestione anaerobica con produzione di biogas. Allo stesso tempo, la digestione anaerobica comporta la mineralizzazione di parte dell’azoto organico presente nei reflui in azoto ammoniacale (N-NH4+) e di parte del fosforo organico ad ortofosfato inorganico (PO43-). Pertanto il digestato, in uscita dalla digestione anaerobica, è una matrice ottimale da avviare al processo innovativo di recupero di azoto e fosforo per precipitazione e cristallizzazione di struvite.
Il prototipo è costituito da due sezioni: una prima sezione di pretrattamento dell’effluente e da un successivo reattore di precipitazione e cristallizzazione della struvite . La prima sezione di pretrattamento prevede l’eventuale aggiunta di acido e fitasi per incrementare la frazione minerale di fosforo (ortofosfato), già naturalmente presente nei liquami suinicoli digeriti. L’enzima fitasi può essere addizionato già alle diete dei suini per favorire la degradazione del fosforo fitinico presente negli alimenti ed incrementarne l’assimilazione a livello intestinale, specialmente in ambiente acido. La seconda sezione si compone di un reattore cilindrico di cristallizzazione, concentrico ad un reattore a cono rovesciato in cui avviene la successiva fase di precipitazione della struvite. La struvite viene scaricata dal fondo mentre lo scarico del surnatante chiarificato avviene attraverso l’estremità superiore. Nel reattore di cristallizzazione può essere aggiunto sale di magnesio, nel caso sia necessario aumentare la concentrazione di ione magnesio per garantire i rapporti stechiometrici ottimali alla cristallizzazione della struvite. Una soffiante insuffla aria tramite una coppa porosa all’interno del reattore cilindrico di cristallizzazione con la duplice funzione di miscelare i reagenti ed incrementare il pH attraverso lo strippaggio della CO2. Un pH basico del refluo è infatti necessario per la precipitazione della struvite. Nel caso l’aereazione non risultasse sufficiente ad ottenere il pH ottimale di 8,5-9, è previsto un sistema automatico di innalzamento del pH mediante l’aggiunta di un reagente basico. Prima del reattore di precipitazione e cristallizzazione è stato installato un sistema di microfiltrazione a 40 micron al fine di avviare alla cristallizzazione un refluo il più possibile privo di materiale sospeso e particolato solido che ostacolerebbero la formazione della struvite. Il prototipo è in grado di trattare in continuo ed in modo autonomo dai 2 ai 5 m3 al giorno di digestato.