I substrati per la digestione anaerobica: effluenti ... · rispetto al MAIS PIANTA ENERGETICA (C4),...
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I substrati per la digestione I substrati per la digestione anaerobica: effluenti zootecnici, anaerobica: effluenti zootecnici,
sottoprodotti agro-industriali e colture sottoprodotti agro-industriali e colture dedicatededicate
Lorella ROSSICentro Ricerche Produzioni Animali - RE
BIOMASSE AVVIABILI A BIOGASBIOMASSE AVVIABILI A BIOGAS
BIOMASSE DI SCARTO
BIOMASSE DEDICATE
RESE ENERGETICHE ELEVATE E CERTE COSTO DI PRODUZIONE
RESE VARIABILI, DA VALUTARE COSTO DI APPROVVIGIONAMENTO NULLO (o comunque minimo)
Biogas da colture energetiche: Biogas da colture energetiche: quali?quali?
–Mais–Sorghi da biomassa
– zuccherino, da foraggio Triticale–Frumento–Loiessa
Colture primaverili estive
Colture invernali
Bietola da zucchero ?
Biogas da colture energeticheBiogas da colture energeticheLa catena di produzione del metano dalla digestione anaerobica delle biomasse agricole
COLTIVAZIONEColtura
energetica
Raccoltacondizionamento
S toccaggio(ins ilamento)
Produzionebiogas
S eparazione solido-liquido
S toccaggio frazioni diges tato
•Produzione di metano per ettaro•Costo di produzione della coltura/metano•Epoca di raccolta ottimale•Umidità
CH4
•Epoca ottimale•Umidità•Meccanizzazione•Dimensioni trinciato
•Umidità ottimale•Rapporto zuccheri/proteine•Potere tampone•Caratteristiche silos
Colture energetiche: il MAISColture energetiche: il MAIS
PIANTA ENERGETICA PER ECCELLENZA (C4)
ELEVATA PRODUZIONE PER ETTARO (45-75 t/ha)
STABILITA' PRODUTTIVA
ESENTE DA PROBLEMI DI RISTOPPIO
TECNICA DI COLTIVAZIONE CONSOLIDATA
PIANTA A RAPIDO MIGLIORAMENTO GENETICO
ELEVATA MECCANIZZAZIONE
NECESSITA' IRRIGUE ELEVATE
Colture energetiche: il SORGO Colture energetiche: il SORGO rispetto al MAISrispetto al MAIS
PIANTA ENERGETICA (C4), CON BUON SVILUPPO RADICALE
MINORE PRODUZIONE PER ETTARO DI SV, coltura più depauperante
ELEVATA RESISTENZA A CARENZE IRRIGUE ma produzione minore a parità di condizioni
MIGLIORAMENTO GENETICO PIU' LENTO DEL MAIS
CONTENUTO IDRICO PIU' ELEVATO
Colture dedicate: caratteristiche chimicheColture dedicate: caratteristiche chimicheDenominazione: Mais insilato Sorgo insilato Frumento insilato
Breve descrizione Mais raccolto a maturazione
cerosa Sorgo zuccherino raccolto a
maturazione cerosa e insilato
Frumento raccolto a maturazione lattea/cerosa
insilato
Unità di misura
Valore medio Intervallo
Valore medio Intervallo
Valore medio Intervallo
pH 3,7 3,5 – 4,5 4,9 4,0 – 6,5 3,9 3,7 – 4,0
ST (%) 33 28 – 40 29 18 – 37 31,5 25 – 37
SV (% ST) 94 91 – 95 91 89 – 93 91,7 91 – 93
(g/kg) 310 265 – 390 265 170 – 340 290 225 – 340
TOC (% ST) 46 45 – 47 45 40 – 48 46 44 - 48
COD (mg/l) -- -- -- -- -- --
NTK (% ST) 1,5 1,3 – 1,7 1,6 1,4 – 1,9 1,7 1,6 – 1,9
(mg/kg) 4800 3950 – 5900 4650 2720 – 6650 5300 4780-5800
Colture energetiche: rese in biogasColture energetiche: rese in biogasDenominazione: MAIS INSILATO SORGO INSILATO ALTRI CEREALI
Breve descrizione Mais raccolto a
maturazione cerosa
Sorgo zuccherino raccolto a
maturazione cerosa e insilato
Raccolta a maturazione
lattea/cerosa e insilato
Produzione biogas (Nm3/kg SV) 0,55 - 0,70 0,55 - 0,70 0,55 - 0,65
Metano – CH4 (% biogas) 50 - 55 50 - 55 50 - 55
Periodo di disponibilità e diffusione sul territorio
Il mais ceroso si raccoglie da agosto a ottobre e si conserva per tutto l’anno
mediante insilamento
Il sorgo ceroso si raccoglie da agosto a
ottobre e si conserva per tutto l’anno mediante
insilamento
I cereali da insilare si raccolgono in maggio-giugno e si conservano
per tutto l’anno mediante insilamento
REQUISITI DI UN SUBSTRATO DA INVIARE A DIGESTIONE
ANAEROBICA
DOTAZIONE DI “SOSTANZA ORGANICA”
H2O
SOSTANZA SECCA
1000 kg di TAL QUALE
SOLIDI VOLATILI
CENERI
??? kg di SOSTANZA ORGANICA
QUALITA’ DELLA “SOSTANZA ORGANICA”
• CARATTERIZZAZIONE CHIMICO FISICA ADEGUATA (analisi elementare, presenza frazioni fibrose, ..)
• TEST BMP IN BATCH• TEST IN CONTINUO
ASSENZA DI “INDESIDERATI” • plastiche, sassi, metalli, altro,…
REGOLARITA’ DI PRODUZIONE IN TERMINI DI QUANTITA’ E QUALITA’
REQUISITI DI UN SUBSTRATO DA INVIARE A DIGESTIONE
ANAEROBICA
GLI EFFLUENTI ZOOTECNICI: SUINI
FATTORI CHE INFLUENZANO QUANTITA’ E QUALITA’ DELLE DEIEZIONI in “ingresso” alla linea BIOGAS
età degli animali, “età” del liquame
alimentazione
modalità di stabulazione e di gestione delle deiezioni
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Peso vivo [kg]
Escr
ezio
ne (k
g/tp
v/a)
600
800
1000
1200
1400
1600
1/12 31/12 31/1 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 31/8 1/10 31/10 1/12 31/12
Peso
viv
o m
edia
men
te p
rese
nte
[t]
Bovini da latte: quantità di sostanza secca
escreta
7,2
7,4
7,6
7,8
8
8,2
8,4
8,6
8,8
20 22 24 26 28 30 32 34
Produzione latte [kg/giorno]
Escr
ezio
ne d
i sos
tanz
a se
cca
[kg/
gior
no]
Effluenti bovini: stabulazioni
LiberaFissa
Effluenti suini: stabulazioniEffluenti suini: stabulazioni
EFFLUENTI SUINIEFFLUENTI SUINI
(1) Valori indicativi riferiti a effluenti zootecnici "freschi" (fonte: banca dati CRPA).
(2) Per maggiori dettagli si rimanda alla Tabella 1 dell'Allegato 1 del Dlgs 07/04/06 del Ministero delle Politiche Agricole e Forestali
LIQUAMI SUINI CARATTERISTICHE INDICATIVE (1) Valore medio Intervallo
Sostanza secca - ST (%) 4,4 2,8 - 6,0 Sostanza organica - SV (%) 70 63 - 77 Azoto totale - NTK (% ST) 8,0 6,3 - 9,7
CARATTERISTICHE DI PRODUZIONE (2) Quantità Soluzione stabulativa
A. (m3/anno * t p.v.) 37 - 44 Pavimento totalmente o parzialmente fessurato
B. (m3/anno * t p.v.) 55 - 73 Rimozione con acqua
(pavimento pieno, gabbie, ecc.)
PRODUZIONE DI BIOGAS (m3/kg SV in ingresso) 0,45 - 0,55 (di cui il 60-65% metano)
EFFLUENTI BOVINI
(1) Valori indicativi riferiti a effluenti zootecnici "freschi" (fonte: banca dati CRPA).
(2) Per maggiori dettagli si rimanda alla Tabella 1 dell'Allegato 1 del Dlgs 07/04/06 del Ministero delle Politiche Agricole e Forestali
LIQUAMI BOVINI CARATTERISTICHE INDICATIVE (1) Valore medio Intervallo
Sostanza secca - ST (%) 8,2 5,7 - 10,7 Sostanza organica - SV (%) 73 64 - 82 Azoto totale - NTK (% ST) 4,7 2,8 - 6,6
CARATTERISTICHE DI PRODUZIONE (2) Quantità Soluzione stabulativa
A. (m3/anno * t p.v.) 20 - 30 Stabulazione libera su
fessurato, cuccette senza uso di paglia
B. (m3/anno * t p.v.) 9 - 16 Stabulazione libera a cuccette con uso di paglia, stabulazione
su lettiera
PRODUZIONE DI BIOGAS (m3/kg SV in ingresso) 0,30 - 0,45 (di cui il 55-60% metano)
LIQUAME SUINO FRESCO E NON –1Caratteristiche
Tracimazione continua Vacuum system Parametri Fresco Digestato Fresco Digestato
pH [-] 7,14 8,2 7,17 8,2 ST [g/kg tq] 52,4 38,2 43,2 32,3 SV [g/kg tq] 34 21,9 29,5 18 SV [%ST] 64,9 57,3 68,3 55,7 NTK [mg/kg tq] 4.327 4.253 4.126 4.135
Vacuum system: età media del liquame 7gg
Tracimazione continua: età media del liquame 20 gg
LIQUAME SUINO FRESCO E NON – 2Rese energetiche
Resa in biogas
[Nm3/t SV] CH4 nel biogas
[%] Resa in CH4 [Nm3/t SV]
Liquame da tracimazione 392 68,5 269
Liquame da vacuum system 557 67,2 375
Test DA in continuo. HRT: 26 gg – 38°C (Dati CRPA pubblicati)
Resa in biogas: +42%Resa in biogas: +42%
Effluenti avicoli: pollina di ovaiole e lettiera di polli da carne
POLLINA TAL QUALE
LETTIERA AVICOLA
U. m. MEDIA Dev. St CV (%) MEDIA Dev. St CV (%)
pH 7,66 0,92 12,0 7,47 0,91 12,2
ST (%) 49,5 25,5 51,4 62,9 9,7 15,4
SV (%ST) 68,2 5,3 7,8 74,7 6,6 8,8
NTK (%ST) 4,72 1,53 32,4 5,68 1,35 23,7
N-NH4+ (%NTK) 16,94 12,81 75,6 16,60 5,56 33,5
TOC (%ST) 34,85 2,21 6,34 39,89 4,55 11,4
C/N 7,9 3,5 44,6 7,2 1,34 18,5
Ptot (%ST) 1,86 0,67 36,3 2,11 0,32 15,0
K (%ST) 3,52 0,65 18,5 3,84 0,25 6,4
Parametri
Buccette di pomodoro
Scarti di
pere
Scarti di
frutta mista
Scarti cipolla
-1
Scarti cipolla
- 2
pH -- 3,8 3,88 3,69 4,77 3,98
ST % 30,6 13,2 8,32 7,0 10,6
SV % ST 97,0 91,57 97,58 94,4 87,7
TOC % ST 63,39 46,95 45,67 47,15 39,73
NTK % ST 3,12 0,83 1,08 2,9 3,43
N-NH4 % ST 0,06 0,0 0,0 0,15 0,17
LA QUALITA’: SCARTI VEGETALI –1 (dati CRPA)
Scarti di patate
Scarti di pere
QUALCHE ESEMPIOQUALCHE ESEMPIO
Mais dolce
LA QUALITA’: sottoprodotti animali (dati CRPA)
Parametri
Grasso bovino
1
Grasso bovino
2
Sangue bovino 1
Sangue bovino 2
Contenuto stomacale bovino 1
Contenuto stomacale bovino 2
pH -- 10,9 11,3 7,4 7,3 7,9 7,5
ST % 46,0 35,9 18,3 18,2 16,1 13,0
SV % ST 89,7 88,2 93,28 93,0 94,4 93,3
TOC % ST 84,5 72,8 -- - 46,9 47,8
COD mg/l -- -- 229.000 229.600 -- --
NTK % ST 0,35 0,54 14,3 14,1 2,49 1,63
N-NH4 % ST 0,0 0,0 0,0 0,0 8,27 0,66
PARAMETRI
Fango disidr.
Pisello
Fango disidr.
Mais dolce
Fango disidr.
Pomodoro
Fango disidr.
Fagiolino
pH 6,0 7,4 7,1 7,4 ST (% TQ) 12,5 16,9 29,2 17,1 SV (% ST) 68,0 56,3 20,6 41,5 NTK (% ST) 5,9 5,22 1,82 3,96 N-NH4 (% NTK) 4,4 2,7 8,1 3,0 TOC (% ST) 35,3 32,3 10,2 23,9 C/N 6,0 6 6 6 Ptot. (% ST) 1,2 1,20 0,34 0,96 Ktot. (% ST) 1,0 0,86 2,42 1,34 C.E.S. (mS/cm) 0,5 0,43 0,50 0,70
LA QUALITA’ – FANGHI DI DEPURAZIONE DA AGRO-INDUSTRIA
VEGETALE
Fango Contenuto di depurazione ruminale pH 5,69 5,76 ST (% TQ) 20,09 21,41 SV (% ST) 89,3 91,0 NTK (% ST) 4,97 4,14 N-NH4 (% NTK) 16,11 6,57 TOC (% ST) 60,3 53,4 C/N 12 13 P tot. (% ST) 0,94 0,74 K tot. (% ST) 0,13 0,18 C.E.S. (mS/cm) 2,33 0,97
Fango da macello bovino (Dati CRPA)
LA QUALITA’ – LA QUALITA’ – FANGHI DI DEPURAZIONE DA AGRO-INDUSTRIA FANGHI DI DEPURAZIONE DA AGRO-INDUSTRIA ANIMALEANIMALE
Rese in biogas di substrati diversi
Materiali BIOGAS (m3/t SV alimentati)
BIOGAS (% metano)
Residui colturali (paglia, colletti barbabietole, ecc.) 350 - 400 50 - 55
Scarti organici agroindustria (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e reflui di distillerie, birrerie e cantine, ecc.)
400 - 800 50 - 70
Scarti organici macellazione (grassi, contenuto stomacale ed intestinale, sangue, fanghi di flottazione, ecc.)
550 - 1000 65 - 75
Fanghi di depurazione civili 250 - 350 60 – 70
Frazione organica rifiuti urbani 400 - 700 60 – 75
DEIEZIONI ZOOTECNICHEDEIEZIONI ZOOTECNICHE
• SUBSTRATO “COMPLETO” CON BUONA DOTAZIONE di SOSTANZA ORGANICA, BUON POTERE TAMPONE
• PRODUZIONE REGOLARE e ABBONDANTE!!!(Oltre 100 milioni di t in Italia)
• RESE NON ELEVATE, MA DISPONIBILI A COSTO NULLO
• IDONEITA’ ALLA DIGESTIONE ANAEROBICA LEGATA ALLA SPECIE CONSIDERATA (e alla soluzione stabul., età, ecc.)
PECULIARITA’ SOTTOPRODOTTI PECULIARITA’ SOTTOPRODOTTI INDUSTRIA DELLE “CONSERVE VEGETALI”INDUSTRIA DELLE “CONSERVE VEGETALI”
• OTTIMA QUALITA’ OTTIMA QUALITA’ (elevata dotazione di sostanza (elevata dotazione di sostanza organica, purezza merceologica) organica, purezza merceologica)
• UMIDITA’ VARIABILE, tendenzial. ELEVATAUMIDITA’ VARIABILE, tendenzial. ELEVATA
• STAGIONALITA’ MOLTO MARCATA STAGIONALITA’ MOLTO MARCATA (Conservazione)(Conservazione)
Sezioni di STOCCAGGIO e PRETRATTAMENTO adeguate negli impianti che intendono ritirarli
• TENDENZA AD ACIDIFICARE VELOCEMENTETENDENZA AD ACIDIFICARE VELOCEMENTE
PECULIARITA’ SOTTOPRODOTTI ANIMALI
• OTTIMA QUALITA’ (elevata dotazione SO, NO inquin.)
• REQUISITI IGIENICO-SANITARI DA GARANTIRE ai sensi del Reg. CE 1069/09
• ELEVATE RESE ENERGETICHE
• GESTIONE ALQUANTO DELICATA (eccesso di azoto, grassi, odori..)
• PRODUZIONE ANNUALE REGOLARE
CONOSCERE LA BIOMASSA AVVIATA AL CARICO
Carico organico volumetrico [kg SV/m3*g]?
MAIS INSILATO
SCARTI PERE
SCARTI PATATE
SCARTI CIPOLLE
SANGUE SUINO
(kg) (kg) (kg) (kg) (kg)
Tal quale 1000 1000 1000 1000 1000
SOSTANZA SECCA 350 112 239 104 133SOSTANZA ORGANICA 329 104 230 94 126AZOTO TOTALE 4,6 0,8 3,7 2,2 22,6
Tempo di ritenzione idraulica ?
Resa in biogas ?
CONCLUSIONI - 1
DISPONIBILI QUANTITÀ INTERESSANTI di scarti e sottoprodotti organici dal comparto agroindustriale, ma “da individuare” caso per caso;
QUALITÀ OTTIMA per la stabilizzazione biologica per via ANAEROBICA
QUALITA’ VARIABILE, da valutare attentamente caso per caso (pezzatura, umidità, azoto);
CONCLUSIONI - 2
Praticamente NESSUNO SCARTO E’ RECUPERABILE “DA SOLO” (ad eccezione di effluenti zootecnici)
PIANI DI ALIMENTAZIONE PONDERATI
SEZIONI DI RICEZIONE, STOCCAGGIO E PRETRATTAMENTO ADEGUATE
QUADRO NORMATIVO DA CHIARIRE ULTERIORMENTE
Grazie per l’attenzioneGrazie per l’attenzione