ConsorzioConsorzio AlpiBiogasAlpiBiogas
27 Marzo 2015 KLIMAENERGY 2015 Bolzano
*1*1UNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI TRENTODI TRENTODipartimentoDipartimentodidi Ingegneria Civile Ambientale e MeccanicaIngegneria Civile Ambientale e Meccanica
*2*2F.E.M. F.E.M. FondazioneFondazioneEdmund MachEdmund MachCTT CTT -- UnitUnitàà Biomasse ed Energie RinnovabiliBiomasse ed Energie Rinnovabili
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Valutare l’efficacia del processo di strippaggio applicato al digestato tal quale
Valutare l’effetto del trattamento sui prodotti in uscita (digestato e solfato di ammonio)
DICAM:
� Avviamento Impianto
� Monitoraggio
� Bilanci Energetici – Stima dei consumi elettrici
� Fabbisogni Termici
� Bilanci di Massa interni all’impianto si strippaggio
� Emissioni in atmosfera al camino (gas serra e odori)
Scopo dello studio
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FEM:
� Test di fitotossicità su digestato tq e strippato
� Test di fitotossicità su solfato di ammonio
� Test di applicazione al suolo del digestato tq e strippato (mesocosmi)
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� Avviamento Impianto: 24 Aprile 2014
� Funzionamento dell’impianto: con e senza aggiunta di calce (per aumentare il pH)
� Periodo di Monitoraggio: Maggio 2014 – Gennaio 2015 (9 Mesi)
3 scenari di analisi:
Avviamento Impianto - Monitoraggio
Giorni Funzionamento/Mese TOT
Maggio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 14
Giugno 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 16
Luglio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 6
Agosto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 0
Settembre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 20
Ottobre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 20
Novembre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 9
Dicembre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 13
Gennaio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 22
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Caratterizzazione chimico/fisica substrati (ST, SV, TKN, N-NH4, U)
Determinazione Emissioni fumi al camino (odori, N2O, CH4, H2S)
Y109 (digestato t.q. in ingresso)Y408 (digestato dopo V300 pre-stripp)Y409 (digestato in uscita)Y512 (soluzione di solfato d’ammonio)
4 punti di prelievo impianto
8 campionamenti
- 4 no calce
- 4 calce
- 10 Giugno - 9 Settembre- 18 Dicembre- 15 Gennaio
- 11 Settembre- 23 Settembre- 16 Settembre- 30 Settembre
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Bilanci Energetici
Potenza Installata Impianto Strippaggio: 38 kWh
CONSUMI kWh/day
CONSUMI kWh/m3trattati
CONSUMI kWh/kg N-NH4 rimossi
3 gruppi di pompe:
Pompe Monitorate con regolazione di portata
Pompe Monitorate con funzionamento ON-OFF
Pompe non Monitorate
Caratteristiche chimico/fisiche Substrati
h/day funzionamento
Portata Digestato trattato
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Campionamento Portata Consumi
[m3/h] - [kWh/day] [kWh/m3 trattati] [kWh/kg N-NH4 rimossi]
16 Settembre 2.5 A 681 11.6 4.5
30 Settembre 1.8 B 524 15 3.69
18 Dicembre 1.8 C 482 10.6 3.25
15 Gennaio 1.8 C 474 10.8 6.68
Tecnologia di rimozione[kWh/kg N
rimosso]
Denitrificazione senza fonti di C est 3.89
Denitrificazione con fonti di C est 2.78
Denitrificazione autotrofa (Sharon) 1.39
Strippaggio (frazione chiarificata) 7.23
Strippaggio da tal quale 4.56
A (Q ingr = 2.5 m3/h, calce)
B (Q ingr = 1.8 m3/h, calce)
C (Q ingr= 1.8 m3/h, no calce)
3 scenari di analisi:
CONSUMI kWh/kg N-NH4 rimossi
CONSUMI kWh/day CONSUMI kWh/m3trattati
Confronto con altre tecnologie:
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Fabbisogni TermiciPortata dig
[m3/h]
Temp dig in
[°C]
Temp dig out
[°C]
Fabbisogno
termico [kWt
2.5 41 75 100.5
1.8 41 75 72.4
Giorno ScenarioTemp. In/Out
acqua
Temp. in
dig.
Temp. out
dig. TC300ΔT kWt
kW termici
persi
- [°C] [°C] [°C] [°C] [kWt] [
16 Sett A 83/79 41 61 20 59
30 Sett B 87/77 41 66 25 53
18 Dic C 81/77 41 71 30 64
Dove:m: la massa cp: calore specifico
Fabbisogno Termico con Tout di progetto (scambiatore):
! Problemi di incrostazione dello scambiatore
Minore efficienza Scambiatore
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Bilanci di Massa
Errore bilancio: 2-3 %
Errore metodo analisi : 5%
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Emissioni in atmosfera al camino
Risultati Analisi
Data Scenario Odore NH3
- [ouE/m3] [mg/Nm3]
16/09/014 A 836.56 21.13
30/09/2014 B 1290.00 31.16
15/01/15 C 527 5.5
Limiti Odore e NH3 :
DGR n.1495/2011 Emilia Romagna (per biofiltri D.A.):
odore � 400 ouE/m3
NH3 � 5mg/Nm3
BREF 2006 (Best Available Techniques Reference Document):
odore � 500-6000 ouE/m3
NH3 � 1-20mg/Nm3
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Scenario
Portata di
digestato in
[m3/h]
Emissioni GHG
camino
[kg/d]
Emissioni GHG
consumi elettrici
[kg/d]
Emissioni
TOTALI GHG
[kg/d]
Emissioni TOTALI
[tCO2/anno]
16 sett 2014 A 2.5 89.24 262 351.3 128.2
30 sett 2014 B 1.8 32.7 201.7 234.4 85.6
genn 2015 C 1.8 95.53 182.4 277.9 101.4
Soglia di rilevanza
( come flusso di massa)
Valore di emissione
(come concentrazione)
2S 50 g/h 5 mg/Nm3
NH3 2.000 g/h 250 mg/Nm3
2O 5.000 g/h 500 mg/Nm3
I valori misurati sono inferiori ai limiti
Emissioni GHG:
CO2 da consumi elettrici
Metano (CH4) e protossido d’azoto (N2O)
Non considero la CO2 emessa al camino (origine biologica)
Limiti H2S, NH3 e N2O (Allegato IV parte II D.lgs 152/2006):
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Conclusioni
� Scenario di Riferimento: Scenario C (Q= 1.8 m3/h, no calce)
� Consumi Elettrici: 480 kWh/day
� Consumi energetici comporto strippaggio su tot. impianto: 2%
� Consumi per m3 di digestato trattato: 11 kWh/m3trattati
� Consumi per Kg di NH4+ rimosso: 3-6 kWh/kg N rimosso
� Rimozione azoto ammoniacale: η = 53% (18 dicembre 2014)
� Emissioni Totali GHG: 101.4 tCO2eq/anno
Sviluppi futuri
� Ottimizzazione sistema di pulizia scambiatore di calore
� Progetto LIFE (CRPA): continuo monitoraggio emissioni da camino
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� Problemi Impianti Digestione Anaerobica � Gestione Digestati (contenuto azoto)
� Direttiva Nitrati (91/676/CEE) � limiti spandimento nel terreno
� ZVN � 170 khN/ettaro/anno
� Post- Trattamenti: Strippaggio dell’ammoniaca � riduzione azoto nel digestato
� Strippaggio: Tecnologia incentivante «Conto Energia» (DM 6 luglio 2012), art. 26 � «per impianti alimentati da biogas operanti in regime di cogenerazione ad alto rendimento che prevedano il recupero dell’azoto dal digestato con la finalità di produrre fertilizzanti, è previsto un incremento del premio per
l’assetto cogenerativo»
Introduzione
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«Effetti del trattamento di strippaggio dell’ammoniaca sulla qualità dei prodotti in gioco»
In particolare:
� Effetto del trattamento sul digestato: confronti tra digestato t.q. e digestato strippato
� Qualità della soluzione di solfato d’ammonio: uso esterno azienda
� Soluzione solfato d’ammonio � «concime ammoniacale» (Decreto 75:2010) Tenore minimo N 6%.
Scopo dello studio
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Biosaggi finalizzati a rilevare l’eventuale presenza di sostanze in grado di inibire la germinazione e lo sviluppo delle piante » (Test con Lepidium Sativum)
Test di Fitotossicità
2 prove� Test di Germinazione
� Test di AccrescimentoPossibili Fattori Inibitori Test
� Salinità substrati
� Azoto in forma ammoniacale
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Caratterizzazione chimico/fisica substrati (ST, SV, TKN, N-NH4, U)
- Y109 (dig. t.q. in ingresso) (A)- Y409 (dig. in uscita) (B)- Y512 (sol. solfato d’ammonio) (C)
� 3 punti di prelievo impianto4 campionamenti
10 Giugno (1) no calce16 Settembre (2) calce30 Settembre (3) calce15 Gennaio (4) no calce
Campioni Solfato d’ammonio: classificabili
come «Concimi Ammoniacali»
Legenda Campioni
-A1, B1, C1
-A2, B2, C2
-A3, B3, C3
-A4, B4, C4
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CAMPIONE SOLFATO
AMMONIOTENORE AZOTO
% N
C1 5.6
C2 7.1
C3 6.9
C4 6.8
Test di Germinazione Ig
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Metodica pensata per verificare l’idoneità impiego agronomico di compost e fanghi � trasformazione sostanza organica
Concentrazioni substrato � 5% - 10% - 20% - 30%.
Substrato non fitotossico se Ig > 70%.
Se Ig compreso tra 40 – 70 � test di accrescimento
Indice germinazione � espressione % che tiene conto del numero di semi germinati e allungamento radicale
(%) = [(Gc*Lc) / (Gt*Lt)]*100
G = n semi geminatiL = lunghezza radici
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Prodotto 1 Prodotto 2
pH 7.64 6.87
CES (mS/cm) < 7000 > 9000
Ig 50% 0 16.89
Ig 75% 0 1.51
Ig 100% 0 0.28
5102030Conc. Substrato [%]
C1 C2 C3
Ig Solfato d’Ammonio
Confronto con altri fertilizzanti (mix di letami, liquami, pollina):
10 Giugno 2014 16 Settembre 2014 30 Settembre 2014
% IN (A1) OUT (B1) (C1) IN (A2) OUT (B2) (C 2) IN (A3) OUT (B3) (C 3)
5 2.2 39 13 3.7 47.8 15.8 9.4 46.8 1.4
10 0.3 7.8 0 0.3 0 0 0.2 0.9 0
20 0 0 0 0 0 0 0 0 0
30 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ig Digestati
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Test di Accrescimento
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Si basa sulla valutazione dell’accrescimento di una pianta test (Lepidium sativum) sul campione in esame miscelato ad un substrato di base costituito da sabbia e torba.
Germinazione garantita da strato di sabbia
Sviluppo in 21 giorni � taglio la parte vegetativa e metto in stufa
Gm (75 o 150 g/l) % = (Gc/Gt) * 100
- Gc = produzione media campione- Gt = produzione media testimone
igestati � 5 – 25 – 30 g/L � Il digestato viene mescolato con il substrato prima della semina.
Solfati d’Ammonio � 170 e 340 kgN/ettaro (per fertirrigazione) � Il solfato d’ammonio viene diluito nell’acqua d’irrigazione e somministrato in 3 diversi momenti al substrato.
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Gm Solfato d’AmmonioGm Digestati
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Test su Terreni
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� 2 Terreni arativi, con “storia” di concimazione diversa
- Terreno 1: argilloso (pH: 6.83), apporto regolare sostanza organica, - Terreno 2: sabbioso e calcareo (pH: 8), solo concimazione minerale
� I Terreni sono stati concimati con le stesse quantità in termini di Kg N/ha con digestato tal quale e digestato strippato � Da Direttiva Nitrati (170 KgN/ha e 340 kgN/ha).
� I campioni sono stati incubati a 20°C per trenta giorni � A tempi precisi sono stati prelevati
campioni di terreno per le successive analisi (2 gg; 7 gg; 14 gg; 30 gg)
� Analisi effettuate (Fornasier F. et al. 2014, Ecological indicators)
- contenuto di C:N:P estratto in solfato di potassio (μg C g-1soil; μg N g-1soil, μg P g
-1soil)
- contenuto in dsDNA (μg dsDNA g-1soil)
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Controllo Digestato tq 170 Digestato strip 170 Digestato tq 340 Digestato strip 340
Terreno 1 Terreno 2
aa
ee
a
ab
bcdc
d
d
b
c
Il tipo di trattamento (tq e strippato) non ha effetti diversi sui due terreni, mentre è diversa la quantità di N in relazione alla dose somministrata.
Rapporto C/N diverso tra digestato tal quale e strippato potrebbe determinare una maggiore organicazione dell’azoto (340) e quindi una diminuzione del N disponibile.
Per quanto attiene P e rapporto N/P nel terreno 2 (sabbioso e calcareo) ci sono differenze sia rispetto alla dose che al trattamento. Il contenuto in P apportato è diverso, visto che in seguito al processo di strippaggio cambia il rapporto N/P (dig tq: 0.19 – dig strip: 0.36).
La maggior disponibilità di P è dovuta quindi alla concorrenza di due cause: maggior apporto e il tipo di terreno che lo rende maggiormente solubile.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Controllo Digestato tq 170 Digestato strip 170 Digestato tq 340 Digestato strip 340
P_
K2
SO
4
Terreno 1 Terreno 2 KgP/ha
ab
bc
a
cd
abc
de
a
ef
c
abc
f
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Controllo Digestato tq 170 Digestato strip 170 Digestato tq 340 Digestato strip 340
Terreno 1 Terreno 2
a
b
a
b
a
bc
a
c
a
bc
Per quanto attiene alla biomassa microbica i due terreni sono molto diversi:
nel terreno 1 la somministrazione di sostanza organica induce un aumento del dsDNA significativo dopo 30 gg di prova.
nel terreno 2 invece, biologicamente povero, qualunque dose apportata ha effetto molto ridotto ’attività biologica (necessario apporti più consistenti e ripetuti nel tempo per ripristinare la fertilità
biologica).
2 7 14 30
Tempo
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
dsD
NA
a
Terreno 1
Terreno 2
a a a
b bccd
d
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Conclusioni
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� Il trattamento di strippaggio ha un effetto migliorativo del digestato (salinità e azoto
ammoniacale), che si evidenzia nell’incremento delle percentuali di germinazione e
accrescimento.
� La sospensione di solfato di ammonio (N>6%) ai sensi della D lgs.75/2010 è un concime
ammoniacale a lento rilascio che può essere utilizzato in presemina e in copertura precoce.
� E’ di origine biologica poiché prodotto da un processo che utilizza biomasse (fonte rinnovabile)
� La somministrazione di sostanza organica ai terreni agrari induce risposte differenti in base al
tipo di terreno, alla sua storia e al suo livello di fertilità biologica. Il rapporto tra i nutrienti
principali (C, N e P) cambia in relazione alla quantità di Azoto che viene separata attraverso lo
strippaggio e che aumenta la disponibilità di alcuni elementi (dati preliminari).
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