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
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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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Separazione solido-liquido
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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Separazione solido-liquido
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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Separazione solido-liquido
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 19
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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Uso agronomico digestati/effluenti e rischio igienico-sanitario
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 22
Uso agronomico digestati/effluenti e rischio igienico-sanitario
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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Uso agronomico digestati/effluenti e rischio igienico-sanitario
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 24
Rischio igienico-sanitario
Fonte: Jens Bo Holm-Nielsen
Aalborg University - Danimarca
Fonte: J. Elmerdahl Olsen, Holger Errebo
Larsden, 1986
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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 25
Uso agronomico digestati/effluenti e rischio igienico-sanitario
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 26
Uso agronomico digestati/effluenti e rischio igienico-sanitario
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 27
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 28
“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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 29
Migliori tecniche disponibili per spandimento
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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 30
Fertirrigazione con digestato
con ala piovana
con manichetta
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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 31
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 32
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 33
Essiccazione del digestato
Cantogether sampling
Sostanza secca (%) 85
Sostanza organica (%) 58
Azoto totale (%) 2,3
Anidride fosforica (%) 3,2
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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 34
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 35
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 37
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 38
QUALITÀ DEL DIGESTATO: aspetti microbiologici e divieti d’uso
Regione Emilia-Romagna - DAL n. 51/2011
PERCHE’ QUESTA SCELTA CAUTELATIVA?
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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 39
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 40
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 41
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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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 42
La sperimentazione
• Utilizzazione contemporanea di 3 reattori per ogni ciclo, secondo il
seguente disegno sperimentale
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Impianti a biomasse in Emilia-Romagna: aspetti autorizzativi e di controllo 43
“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
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 44
•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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