Il digestato: aspetti agronomici, ambientali e igienico...

Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

Impianti a biomasse in

Emilia-Romagna:

aspetti autorizzativi e di

controllo

1 – 2 ottobre 2013

Sala A - Terza Torre

BOLOGNA

Seminario

Il digestato: aspetti

agronomici, ambientali e

igienico-sanitari

Lorella Rossi Centro Ricerche Produzioni Animali-CRPA SpA

Valenza agronomica

e ambientale

del digestato

Seminario – Sala A – Terza Torre - Bologna - 1-2 ottobre 2013

Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 2

Effetti della digestione anaerobica

Il processo di digestione anaerobica:

• Determina una riduzione della sostanza organica meno stabile;

• Non riduce i quantitativi di azoto e fosforo;

• Trasforma parte dell'azoto organico in azoto ammoniacale.

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Degradazione della sostanza organica

Ceneri 16 kg

SV/ST in84%

SV/ST in84%

ST

10

0 k

g

SV

SV degradabili(59-60% SV)

Ceneri 16 kg

Biogas50 kg

SV34 kg

Ceneri 16 kg

SV/ST out68%

SV/ST out68%

Efficienza DAquasi 60%

Efficienza DAquasi 60%

In

Out

Digestori

SV

84 k

g

Valori tipici per effluenti zootecnici

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Trasformazioni dell’azoto

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Rif. Mantovi P., Soldano M., Fabbri C., Piccinini S. (2009). La separazione del digestato aumenta il potere

fertilizzante. L’Informatore Agrario, 43: 55-58.

Azoto nelle matrici caricate e nei digestati ottenuti

SUINO BOVINO BOVINO + SILOMAIS

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Caratteristiche chimiche di digestati

Matrici caricate

all'impianto

Sostanza

secca

(SS)

(%)

Sostanza

organica

(% SS)

NTK

(kg/t)

N-NH4

(% NTK)

P2O5

(kg/t)

K2O

(kg/t)

LIQUAME SUINO (1) 2-4 40-60 2-5 70-85 0,5-4 1,5-5

LIQUAME BOVINO

o

LIQUAME BOVINO

+

COLTURE DEDICATE

4-8 65-80 2,5-

4,5 40-65 1-2,2 2,5-6

COLTURE

ENERGETICHE +

SOTTOPRODOTTI

AGRO-

INDUSTRIALI

5-10 65-80 3,5-7 30-65 1-2 3-8

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Separazione solido-liquido

10-15% in peso del

digestato. Tenore di s.s. del

20% circa.

Concentra sostanza organica,

azoto organico e fosforo.

85-90% in peso del

digestato. Tenore di s.s. tra 1,5

e 8% circa.

Mantiene in se i composti

solubili tra cui l’azoto

ammoniacale (sino al 70-90%

dell’azoto totale presente).

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Frazione solida o addensata:

• maggiore facilità di trasporto e di trasferimento di nutrienti fuori dall’azienda;

• possibilità di distribuzione con spandiletame o spandicompost;

• uso come AMMENDANTE in quanto concentra in sè la SOSTANZA ORGANICA del digestato e contiene un’elevata percentuale di AZOTO ORGANICO sull’azoto totale (e BUONA PARTE DEL FOSFORO).

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Frazione liquida chiarificata:

• FERTILIZZANTE A BUONA DISPONIBILITÀ DI N. Contiene un’elevata percentuale di azoto

ammoniacale, rapporto N/P piuttosto elevato;

• ridotto fabbisogno di volume di stoccaggio;

• maggiore facilità di miscelazione e pompaggio;

• ridotta formazione di 'cappello o crostone' nello stoccaggio;

• minori emissioni di odori;

• possibilità di ricircolo in stalla ("flushing");

• possibilità di uso su colture in atto e uso fertirriguo

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Tipologia di

separatore

Effluente Peso Sostanza

secca

Azoto Fosforo

Vagli

suino 3-5 20-25 4-7 8-12

Rulli

contrapposti

Suino, bovino,

digestato

2-30 15-55 5-35 5-35

Compressione

elicoidale

Suino, bovino,

digestato

2-25 15-55 5-30 10-35

Centrifuga Suino, bovino,

digestato

5-20 40-80 10-40 30-80

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

Efficienza di separazione nella frazione solida (%)

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AZOTO nel DIGESTATO TAL QUALE E DOPO

SEPARAZIONE Solido/Liquido

61%

24%

69%

39,0%

76%

31%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Digested slurry Solid fraction Liquid fraction

% o

f T

KN

N-NH4 as percent of TKN Norganic as percent of TKN

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IL DIGESTATO. Caratteristiche

Caratteristiche medie di FRAZIONI SOLIDE di digestati di diversa natura (Fonte: Banca dati CRPA)

Matrici caricate

all'impianto

Sostanza

secca

(SS)

(%)

Sostanza

organica

(% SS)

NTK

(kg/t)

N-NH4

(% NTK)

P2O5

(kg/t)

K2O

(kg/t)

LIQUAME SUINO (1) 20-30 65-90 5-10 15-45 5-15 1,5-5

LIQUAME BOVINO

o

LIQUAME BOVINO

+

COLTURE DEDICATE

14-26 80-90 3-7 20-40 2-8 2-5

COLTURE

ENERGETICHE +

SOTTOPRODOTTI

AGRO-

INDUSTRIALI

20-30 85-90 4-12 15-45 2-8 3-7

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IL DIGESTATO. Caratteristiche

Caratteristiche medie di FRAZIONI CHIARIFICATE di digestati di diversa natura (Fonte: Banca dati CRPA)

Matrici caricate

all'impianto

Sostanza

secca

(SS)

(%)

Sostanza

organica

(% SS)

NTK

(kg/t)

N-NH4

(% NTK)

P2O5

(kg/t)

K2O

(kg/t)

LIQUAME SUINO (1) 1,5-3,5 30-50 2 - 4,5 75-90 0,3-3 1,5-5

LIQUAME BOVINO

o

LIQUAME BOVINO

+

COLTURE DEDICATE

2,5-6 55-75 2 - 4 45-70 1,2-2 2,5-5

COLTURE

ENERGETICHE +

SOTTOPRODOTTI

AGRO-

INDUSTRIALI

4-8 60-75 3,5-7 35-70 0,7-1,7 3-8

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Digestato = Fertilizzante

I principali vantaggi dell’uso del digestato come fertilizzante:

Distribuzione di materiale stabilizzato;

Apporto di Sostanza Organica nei suoli;

Apporto di NPK (sostituzione di fertilizzanti chimici);

Riduzione emissioni gas serra.

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La concentrazione di SO è generalmente bassa nei suoli italiani

Digestato = fertilizzante

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DIGESTATO = MENO ODORE

Misure della concentrazione di odore

Tesi 1: Liquame bovino, NON digerito

Tesi 2: Liquame bovino, digerito

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S e p a ra to s o lid o

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40

G io rn i d a lla fe r tiliz z az io n e

S e p a ra to liq u id o

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40

G io rn i d a lla fe r tiliz z az io n e

mg

CO 2

-C

kg-1

su

olo

S epara to liqu ido T a l qua le

S epara to liqu ido C od igerito

S epara to liqu ido D igerito

L iquam e T a l qua le

S epara to s o lido T a l qua le

S epara to s o lido C od igerito

S epara to s o lido D igerito

Digestione anaerobica ed emissioni di CO2 (Università di Torino, CRPA – MIPAAF, 2011)

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Perdite per volatilizzazione dell’ammoniaca

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DIGESTIONE ANAEROBICA e IMPRONTA DEL CARBONIO (CRPA, 2013 in pubblicazione)

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Uso agronomico digestati/effluenti e rischio igienico-sanitario

Controlli di tipo sanitario = determinazione dei cosiddetti “microrganismi indicatori di contaminazione” Ricerca di «microrganismi patogeni» praticamente NON FATTIBILE: 1) troppi i microrganismi patogeni da ricercare 2) l’assenza dimostrata di un patogeno non dà la certezza dell’assenza di

altri patogeni; 3) non esistono metodiche atte al rilevamento di tutti i potenziali patogeni

e anche quelle indirizzate ai microrganismi enterici, i più comunemente ricercati, sono complicate e poco sensibili.

4) i microrganismi patogeni, tranne alcuni casi, hanno uno scarsissimo grado di adattabilità all’ambiente esterno (esiti negativi nella loro ricerca, anche in casi di inquinamento recente o in atto).

ESSENZIALE APPROCCIO CORRETTO (da Rapporto dell’Istituto Superiore di Sanità “Clostridium perfringens come indicatore di

contaminazione ambientale e suo significato sanitario” Rapporti ISTISAN 02/8).

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PIANO DI CAMPIONAMENTO ADEGUATO E RIPETUTO NEL TEMPO per disporre di campioni EFFETTIVAMENTE RAPPRESENTATIVI dell’universo che devono rappresentare in scala reale (migliaia di metri cubi solitamente). I motivi sono diversi:

- la carica microbica delle biomasse giornalmente caricate può essere molto variabile o addirittura non sempre presente;

- la flora patogena eventualmente presente non è distribuita in modo omogeneo nella massa in digestione.

ESSENZIALE APPROCCIO CORRETTO

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Fatte queste premesse, appare pertanto chiaro che : • la valutazione dello stato igienico-sanitario di un “comparto” (il

suolo, il sistema suolo-pianta, le produzioni vegetali) e di un eventuale suo peggioramento o meno a seguito di specifiche pratiche agronomiche non è certo compito facile da svolgere.

• Occorre pertanto esimersi dal trarre conclusioni affrettate e dalla tentazione di generalizzare eventuali risultati relativi a pochi o a singoli dati.

Consapevoli dell’importanza che gli aspetti microbiologici rivestono per la salute umana e della estrema complessità del tema, occorre procedere nell’analisi della questione con cautela e SUPPORTARE QUALUNQUE AFFERMAZIONE CON RISCONTRI PER QUANTO POSSIBILE OGGETTIVI.

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Legislazione comunitaria e nazionale che regola l’uso agronomico degli effluenti zootecnici: • NON PREVEDE LA DETERMINAZIONE DI PARAMETRI DI TIPO

IGIENICO-SANITARIO;

• fornisce PRECISE PRESCRIZIONI a cui attenersi per operare secondo i principi della buona pratica agricola.

IL DIGESTATO PUÒ PRESENTARE

UNO STATO IGIENICO-SANITARIO PEGGIORE DI QUELLO

POSSEDUTO DALLE BIOMASSE IN INGRESSO?

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Rischio igienico-sanitario

Fonte: Jens Bo Holm-Nielsen

Aalborg University - Danimarca

Fonte: J. Elmerdahl Olsen, Holger Errebo

Larsden, 1986

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Sulla base di evidenze scientifiche relative a digestati ottenuti a partire da biomasse

più o meno contaminate (anche appositamente a scopo di studio) da microorganismi

patogeni, si può affermare che LA DIGESTIONE ANAEROBICA IN

MESOFILIA NON PEGGIORA LA QUALITÀ IGIENICO-SANITARIA DEI

MATERIALI TRATTATI, MA AL CONTRARIO LA MIGLIORA;

L’entità della riduzione della carica patogena è stata accertata ed è correlata a

numerosi aspetti, tra cui lo specifico microorganismo in gioco, le modalità gestionali

(tempi di ritenzione, efficienza del processo), il livello iniziale di contaminazione.

La digestione anaerobica in termofilia (50-55°C) comporta un livello ancora più

spinto di igienizzazione rispetto al livello iniziale in tempi rapidi.

In condizioni termofile l’inattivazione della carica patogena è determinata dalla

resistenza intrinseca al calore delle singole specie, dallo stress ambientale indotto

dalla matrice (pH, elettroliti, ecc.) e dal tempo di ritenzione.

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In condizioni mesofile, invece, la temperatura non è direttamente responsabile

dell’inattivazione dei patogeni.

In mesofilia, i principali fattori responsabili della riduzione della vitalità dei

batteri enterici sono la competizione microbica e un buon livello di

stabilizzazione della matrice trattata.

I risultati migliori si ottengono pertanto in digestori ben gestiti, ove la

miscelazione è efficace e coinvolge tutto il volume utile disponibile e i tempi di

ritenzione sono adeguati.

SEMPRE SULLA BASE DI EVIDENZE SCIENTIFICHE, È EMERSO CHE

IL DIGESTATO DOPO STOCCAGGIO PROLUNGATO PRESENTA UNO

STATO IGIENICO-SANITARIO ULTERIORMENTE MIGLIORATO

RISPETTO AL DIGESTATO “FRESCO” APPENA SCARICATO DAI

DIGESTORI.

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EFFLUENTI ZOOTECNICI, DA e TERMOFILIA

Ceneri

SVtot

40 kg

H2O

946 kg

Da 5°C A 38°C

Servono circa 38 kWht

Per riscaldare 1000 kg

Si producono:

40 kgSV x 0,3 m3CH4 x 9,88 kWh/m3 =118 kWh/t

Con rendimento termico 40% sono disponibili

118 kWh x 40% = 47 kWh/t

80% delle risorse

energetiche

servono per

scaldare il liquame

al carico!

Liquami molto diluiti dovrebbero essere

addensati o integrati con letami

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“La qualità del digestato prodotto da un impianto di biogas non può essere peggiore di quella dei substrati in ingresso”

(EFSA, 2007)

Nessun incremento di rischio patogeno per l’uomo

Considerando il tradizionale impiego in agricoltura degli effluenti zootecnici, l’uso del digestato derivante dalla co-digestione

non può introdurre nuove vie di trasmissione di microorganismi patogeni

Rischio igienico-sanitario

Conclusioni Progetto FERTIBIO Reg. Piemonte

(Biogas e fertilizzazione dei suoli: opportunità e criticità - Chiusa Pesio, 18/02/ 2011)

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Migliori tecniche disponibili per spandimento

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Fertirrigazione con digestato

con ala piovana

con manichetta

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VALORIZZAZIONE del DIGESTATO

ESSICCAZIONE o altro… produzione FERTILIZZANTE COMMERCIALE se il prodotto rientra nel DLgs 75/2010

USO AGRONOMICO rispetto Direttiva NITRATI e MAS delle colture DIGESTATO TAL

QUALE (frazioni solida e liquida)

IMMISSIONE SUL MERCATO!

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DIGESTATO e FERTILIZZANTI COMMERCIALI (DLgs 75/2010)

IR Occorre «riconoscersi» in uno dei prodotti elencati e definiti nella norma

Digestato

essiccato?

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Essiccazione del digestato

Cantogether sampling

Sostanza secca (%) 85

Sostanza organica (%) 58

Azoto totale (%) 2,3

Anidride fosforica (%) 3,2

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Progetto LR 28/98 – 2013-15 «BIOGAS_MICOTOSSINE_CLOSTRIDI

Finanziato da Servizio Sviluppo Agricolo Regione Emilia-Romagna Cofinanziato dal CIB

Azione 1: Digestione anaerobica, Clostridi, microrgan. indicatori

Azione 2: Digestione anaerobica, micotossine e funghi

Azione 3: Valutazione effetti stoccaggio e persistenza aflatossine digestato su suolo

«Effetti della digestione anaerobica sulla presenza di micotossine, clostridi e altri microrganismi

indicatori dello stato igienico-sanitario del digestato»

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CONCLUSIONI

Il ritorno sul suolo di “sostanza organica stabilizzata” è PRATICA CORRETTA E SOSTENIBILE

Il digestato di impianti agrozootecnici è un ottimo materiale fertilizzante da impiegare sui terreni agricoli nel rispetto delle norme vigenti;

L’accrescimento NETTO della fertilità del suolo, particolarmente pronunciato in seguito all’uso dei materiali più stabili, ampiamente DIMOSTRATO SCIENTIFIC.

Dosaggi commisurati ai FABBISOGNI REALI delle COLTURE

Adozione di BUONE PRATICHE GESTIONALI (epoca e modalità di distribuzione, …).

Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

Grazie per l’attenzione! Lorella Rossi

[email protected] Centro Ricerche Produzioni Animali-CRPA SpA

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QUALITÀ DEL DIGESTATO: aspetti microbiologici e divieti d’uso

Regione Emilia-Romagna - DAL n. 51/2011

B) E’ considerato NON IDONEO all’installazione di impianti di produzione di energia da biogas e produzione di biometano il territorio individuato quale “Comprensorio di produzione del formaggio Parmigiano-Reggiano”, produzione a Denominazione di Origine Protetta (DOP), qualora gli impianti utilizzino silomais o altre essenze vegetali insilate, fatto salvo il caso in cui l’utilizzazione agronomica del residuo del processo di fermentazione (digestato), tal quale o trattato, avvenga in terreni ubicati all’esterno del medesimo comprensorio;

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QUALITÀ DEL DIGESTATO: aspetti microbiologici e divieti d’uso

Regione Emilia-Romagna - DAL n. 51/2011

PERCHE’ QUESTA SCELTA CAUTELATIVA?

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I clostridi

Batteri anaerobi, svolgono un ruolo fondamentale nel biochimismo che, negli impianti di digestione anaerobica, porta alla produzione di metano Sono sporigeni: possono formare al loro interno una cellula dormiente, detta endospora. La sporulazione inizia quando una popolazione di cellule, cosiddette vegetative, rallenta la fase di moltiplicazione esponenziale a causa di condizioni avverse. Le spore vengono liberate in seguito alla rottura delle cellule entro cui si sono formate, non presentano attività metaboliche apprezzabili, ma mantengono per molti anni la possibilità di germinare e dar luogo a nuove cellule vegetative quando si presentano condizioni idonee. Le spore sono resistenti al calore, alle radiazioni ultraviolette e ionizzanti e a diversi agenti chimici.

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Spore nel latte e difetti

Positività per presenza di spore di clostridi: circa 16-20% dei campioni di latte

Si stima che il 35-40% dei difetti del P-R sia imputabile allo sviluppo dei clostridi.

La produzione di gas è responsabile del gonfiore, delle occhiature e delle spaccature della pasta del formaggio.

La produzione di acidi organici e l’attività proteolica portano, invece, ad alterazioni di sapore e aroma.

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Da Microbiologia e tecnologia lattiero-casearia. Qualità e sicurezza di Germano Mucchetti,Erasmo Neviani

Durante l’affioramento la desporificazione può raggiungere e superare il 95%

Ma 100 spore per litro di latte in caldaia possono pregiudicare la produzione di

formaggio perché l’80%-90% di queste viene trattenuto nella cagliata

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La sperimentazione

• Utilizzazione contemporanea di 3 reattori per ogni ciclo, secondo il

seguente disegno sperimentale

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“Pg “SPORE E BIOGAS” - I risultati

Contenuto di spore nei digestati, confronto fra le 3 tesi:

Nessuna differenza statisticamente significativa fra il contenuto di spore dei digestati del reattore liquame+silomais e quello dei digestati del reattore liquame+silosorgo. L’insilato di mais e di sorgo, addizionati al liquame, condizionano allo stesso modo il contenuto di spore nei digestati

La differenza è significativa fra contenuto di spore dei digestati dei reattori liquame+silomais e liquame+silosorgo e quello dei digestati del reattore solo liquame. I digestati provenienti da solo liquame contengono un numero di spore più basso

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•Bilancio delle spore in ingresso e in uscita dai digestori:

L’aumento delle spore nel digestore solo liquame non è significativo

L’aumento delle spore nei digestori liquame-silomais e liquame-silosorgo è significativo

•Liquame-silomais: rapporto spore IN e spore OUT= 16,7

•Liquame-silosorgo: rapporto spore IN e spore OUT= 18,2

•Le differenze dei rapporti fra queste due tesi non sono differenti

Pg “SPORE E BIOGAS” - I risultati

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