this chapter, pdf

Chhapter 04-03 page 1
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
04-03
3 Da puttrescibiili a biog
gas ed energia
a
Tutti glii organismi viventi han
nno bisognoo di alimentaarsi per con
ntinuare a viivere, sopraavvivere,
prosperaare e, in alccuni casi, crescere. Le pproteine, i grassi
g
e gli zuccheri
z
sonno tutti nutrrienti degli
organism
mi viventi. Tutti e tre hanno
h
una ggrande impo
ortanza, com
me i fornitorri di sostanzze per la
costruziione delle cellule e di energia
e
sia pper le piantte che per glli animali. SSi tratta di molecole
m
organichhe, e tutti e tre si trovan
no come coomponenti degli
d
alimen
nti di originee sia vegetaale che
animalee.
Per i puutrescibili, come
c
i rifiutti alimentarii, il letame e i fanghi deelle acque rreflue, i mettodi più
adatti peer la produzzione di eneergia sono laa digestionee anaerobicaa e la fermeentazione. Questo
Q
capitoloo si concentrra principallmente sullaa digestionee anaerobicaa, sui suoi pr
processi e prroprietà. La
sezione 04-03-08 presenta
p
unaa breve panooramica deg
gli altri metodi, meno aadatti per laa
produzione di energia da putreescibili.
Come aaccennato neell'introduziione (01-03 ), la digestiione anaerob
bica si svolgge in un con
ntenitore
(digestoore) caldo e privo di ariia, dove si ccreano le co
ondizioni ideeali per ferm
mentare il materiale
m
organicoo in condiziioni prive di
d ossigeno dda parte deii batteri. Il serbatoio
s
peer la digestio
one deve
essere riscaldato e miscelato accuratamen
a
nte per crearre le condizioni ideali pper convertiire la
i biogas (u
una miscela di anidride carbonica, metano e piiccole quan
ntità di altri
sostanzaa organica in
gas). Lee tre tipologgie principalli di produziione di biog
gas (psicroffile, mesofille e termofille) sono
descrittee nei capitooli 01-03-02.
04-03--01: Sostanze fon
ndamenttali [1]
I carboiidrati sonoo zuccheri ch
he l'organism
mo utilizza per produrrre energia. I carboidratti semplici,
chiamatti anche zucccheri semplici, fornisccono rapidam
mente energ
gia al corpoo. Si trovano
o nella
frutta, nnel latte e neello zuccherro bianco. I carboidratii complessi, conosciuti come fibra e amido,
sono asssimilati più lentamentee nel corpo rrispetto ai carboidrati
c
semplici.
s
Si trovano nella verdura,,
nel panee, nel riso, nella
n
farina d'avena, neei cereali inttegrali e nei piselli.
Gli zucccheri si trovvano molto spesso neglli alimenti che
c vengono
o ingeriti. G
Gli zuccheri possono
essere ssuddivisi in due gruppi:: gli zuccheeri semplici (monosaccaaridi) e zucccheri più co
omplessi
(polisacccaridi), chee sono comp
posti da più unità di mo
onosaccarid
di.
t
e le vitaminee. Ci sono
Grassi: Il corpo vivvente ha bissogno di graassi per cresscere e per trasformare
p
e monoinsatturi sono graassi buoni pper il corpo. Tali grassi
diversi ttipi di grasssi. I grassi polinsaturi
sono preesenti in nooci e pesce, così
c come nnegli oli di oliva,
o
arach
hidi, cartamoo e canola.
Altri tippi dei grassi, tra cui queelli saturi e ttransesterifficati, chiam
mati anche ooli idrogenatti, possono
aumentaare il rischioo di alcune malattie. I ggrassi saturii e grassi traansesterificaati si trovan
no nel
burro, nnei cibi frittii, nei prodottti da forno,, nel cibo deei fast-food, nel latte inntero e nellaa carne di
animali.
I grassi sono energeticamente i più conceentrati da un
n punto di viista energettico tra tutti i materiali
di sostenntamento. Essi
E sono prresenti sia inn organismii animali ch
he vegetali, e sono utilizzati da talii
organism
mi viventi come
c
fonte di energia. Grazie alla loro struttu
ura chimica, possono fo
ornire
all'organnismo la maaggior quan
ntità di energgia possibille da una qu
uantità minim
ma di sostanza.
Poiché lla maggior parte degli animali, com
mpresi gli esseri
e
uman
ni, hanno bissogno di maantenere
una riseerva di energgia per i mo
omenti di neecessità, è chiaro
c
che questi deposiiti di grassi non
Chhapter 04-03 page 2
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
possonoo essere utillizzati nel momento
m
in cui l’organiismo lo ritieene necessar
ario di sua volontà.
v
In
altre parrole, un orgganismo non
n può liberaarsi dei grassi solo perché lo vuole .
• I grasssi vegetali sono
s
presentti in natura liquidi, e so
ono viscosi.
• I grasssi animali soono, in natu
ura, solidi a temperatura ambiente.
Carbo
ohydrattes
Su
ugars
Fatss
Fatty
F
accids
Proteins
Carbon
n acids
Alcoh
hols
Am
mino
accids
Hydro
ogen
dioxide
Carbon d
onia
Ammo
Acetic
c acid
Carbon dioxide
Amm
monia
Me
ethane
Carbo
on dioxide
Hydrolysis Acidogen
nesis
Accetogenes
sis
Methanoge
M
enesis
Figura 04-03 1: Coomponenti principali
p
ddelle materiee prime e lo
oro processii di conversiione
durante la digestionne anaerobica [2]
Le proteeine aiutanoo il corpo a crescere, a costruire i muscoli
m
e cii danno eneergia. Alimeenti ricchi
di proteeine compreendono carn
ni, uova, avoocado, noci e fagioli.
Le proteeine sono coostituite da lunghe cateene di ammiinoacidi. Glli amminoaccidi sono molecole
m
che sono compostee da un grup
ppo amminicco e un grup
ppo carbosssilico. Le prroteine posssono essere
noacidi. La maggior paarte di questti sono solub
ubili in acqu
ua. I
composste da più dii 200 ammin
un gran nuumero di pro
materialli organici contengono
c
oteine, così che gli orgaanismi viventi
costanteemente, ma con graduaalità, assimillano sostanzze dall'esterrno dei loroo corpi. Le proteine
p
sono unna di queste sostanze in
ngerite. Alcuune delle so
ostanze ingeerite possono
no essere dan
nnose, tra
queste cci sono i meetalli pesantti, tra cui il ppiombo.
Catene pproteiche e peptidi posssono esseree dissociati, o disgregatti, nei loro eelementi di base, o in
amminooacidi. In quueste reazio
oni, i legamii peptidici vengono
v
rottti, e con adddizione di molecole
m
di
acqua ai loro compponenti. Queesto è chiam
mata reazion
ne d’idrolisii, ed è l'oppoosto della reazione di
ne nelle celllule di organnismi viven
nti, così
condenssazione. L'iddrolisi di peeptidi e protteine avvien
come quuando gli orrganismi dig
geriscono i cibi nel loro sistema digerente. Glli enzimi prrendono
parte in questo proccesso, accellerando la rreazione in un
u modo sim
mile a quelllo che avvieene nel casoo
di un caatalizzatore.
Chhapter 04-03 page 3
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
04-03--02 Fatto
ori imporrtanti perr rendere
e digerib
bile la bio
omassa
Quandoo il materiale grezzo (su
ubstrato) vieene digerito
o in un contenitore, soloo parte di essso viene
effettivaamente convvertito in metano
m
e fannghi. Una paarte di esso non è digerribile a vari livelli, e si
accumuula nel digesstore uscend
do con l'efflluente e le scorie.
s
La "d
digeribilità"" e altre prop
prietà
fondam
mentali della materia org
ganica sonoo di solito esspresse nei seguenti
s
terrmini (è posssibile
anche fa
fare riferimeento alla sezzione sulla tterminologiia all'inizio dell'appenddice sull’an
nalisi dei
combustibili, ma c’è da consid
derare che lla terminolo
ogia è leggeermente diveersa tra le
applicazzioni biochhimiche e qu
uelle termocchimiche):
Umiditàà - Il peso dell’acqua
d
persa
p
durantte l'essiccazzione a 105 °C (220 °F)) fino a peso
o costante.
Solidi totali (Totall Solid TS) - Il peso dell materiale secco che riimane dopoo l'asciugatu
ura descrittaa
sopra. Ill peso dei TS
T è di solito
o equivalennte al "Peso a secco". (T
Tuttavia, se il materialee è stato
essiccatto al sole, sii suppone ch
he contengaa ancora circca il 30 % di
d umidità). Il TS è com
mposto da
materialle organico digeribile o "solidi vollatili" (volaatile solids VS),
V e residuui indigerib
bili o
"residuii fissi".
Solidi vvolatili (VS) - Il peso dei
d solidi orgganici che bruciano
b
quando il matteriale secco
o viene
"accesoo" (riscaldatoo a circa 538 °C). Quessta è una prroprietà del materiale or
organico utille da
conosceere, poiché i VS posson
no essere coonsiderati co
ome la quan
ntità di soliddi effettivam
mente
convertiibili dai battteri.
Residuoo fisso (FS)) - peso rimanente dopoo l'accensione. Si trattaa di materialle biologicaamente
inerte.
Volatile solids, 7
75-80 % of to
otal solids
Fixe
ed solids, inccluding inorg
ganic materia
al, 20-25 % oof total solids
s
Water 72-80
80 %
Water 72-80 %
Total
solids
Come eesempio, si consideri
c
laa composizioone di letam
me fresco di pollame (FFigura 04-03
3 2). A
partire dda 100 kg di
d letame freesco di pollaame, 72-80 kg di questo sono costitituiti dall'accqua, e soloo
15-24 kkg (75-80 % di solidi vo
olatili VS suul 20-28 % dei Solidi totali TS) soono disponib
bili per la
digestioone vera e propria.
Figure 04-03 2: Caaratteristich
he del letam
me di pollam
me [3]
Rapporrto carboniio azoto (C//N)
Da un ppunto di vistta della biollogia, i digeestori posson
no essere co
onsiderati coome una co
oltura di
batteri aalimentati a rifiuti orgaanici. Gli eleementi del carbonio
c
(so
otto forma ddi carboidraati) e azoto
Chhapter 04-03 page 4
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
(sotto foorma di proteine, nitratti, ammoniaaca, ecc) son
no i principaali alimenti dei batteri anaerobici.
Il carboonio è utilizzzato per l'en
nergia e l'azzoto per la costruzione delle
d
struttuure cellulari.
I batterii utilizzano il carbonio circa 30 voolte più velo
ocemente deell’azoto. Laa digestionee
anaerobbica procedee meglio quando materriale grezzo che alimenta i batteri ccontiene un
na certa
quantitàà di carbonio e azoto in
nsieme. Il raapporto carb
bonio azoto (C/N) rapppresenta la proporzione
p
dei due elementi. Un
U materialee con 15 vo lte più carb
bonio rispettto all’azoto ha un rappo
orto C/N di
15 a 1 (scritto C/N = 15/1, o seemplicemennte 15).



Un C
C/N di 30 (C/N = 30/1, 30 volte ppiù carbonio
o che azoto) permetteràà alla digestiione di
proccedere ad unn ritmo ottim
male, naturaalmente se le
l altre cond
dizioni sonoo favorevolii.
Se vvi è troppo carbonio
c
(allto rapportoo C/N; 60/1 ad esempio
o) nel materiiale grezzo,, l’azoto
saràà utilizzato per
p primo, mentre
m
il carrbonio avan
nzerà. Questo porterà a un rallentaamento nel
digeestore.
D'alltro canto, se vi è tropp
po azoto (baasso C/N; 30
0/15, ad esempio, o sem
mplicementee 2), il
carbbonio si esauurisce veloccemente e laa fermentazzione si ferm
ma. L'azoto residuo and
drà perso
com
me ammoniaaca gassosa (NH3). Queesta perditaa di azoto diminuisce laa capacità feertilizzante
dei ffanghi effluuenti.
Ci sonoo molte tabelle che elen
ncano i valorri standard dei rapportii C/N per i vvari materiaali organici,,
ma posssono essere molto fuorv
viante per aalmeno due ragioni:
1. Il rappporto di carrbonio azoto
o misurato cchimicamen
nte in laboraatorio spessso non è ugu
uale al
rapportoo carbonio azoto
a
dispon
nibile comee alimento per
p i batteri (certi cibi ppotrebbero non
n essere
digeribiili per i batteeri; paglia, lignina, eccc).
2. Il conntenuto di azoto
a
o di caarbonio anchhe di uno sttesso tipo dii rifiuti vegeetale o anim
male può
variare nnotevolmennte a second
da dell'età e delle condiizioni di creescita della ppianta; e la dieta, l'età,
il livelloo di confinaamento, ecc, dell'animaale.
Azoto. P
Poiché l’azooto esiste in
n tante form
me chimichee in natura (aammoniacaa, NH3; nitraati, NO3-,
proteinee, ecc), non ci sono testt affidabili e "veloci" per
p misuraree la quantitàà totale di azzoto in un
determinato materiiale. Con un
n tipo di anaalisi è possib
bile misurarre l'azoto orrganico e l’aammoniacaa
(il metoodo Kjeldahhl); con un altro
a
l’azoto dei nitrati/n
nitriti, ecc. Inoltre, l'azzoto può esssere
misuratoo rispetto all peso umid
do, al peso ssecco o al co
ontenuto dei solidi volaatili; tutto ciò darà
valori ddiversi delle percentualii di azoto. Innfine, il con
ntenuto di azoto
a
di un ttipo specificco di
letame o di scarti vegetali
v
può variare, a sseconda delle condizion
ni di crescitta, età, dietaa, e così
via.
Per esem
mpio, uno studio riportta che: un caampo d'orzo
o contenevaa il 39% di pproteine il 21°
2 giorno
di cresccita, il 12% di
d proteine il giorno 499° (stadio in
n fiore), e so
olo il 4% di proteine il giorno 86°.
Si nota quanto l'azooto delle pro
oteine dipennda dall'età della piantaa.
Anche iil contenutoo di azoto deel letame vaaria molto. In
I generale, il letame è costituito da
d feci,
urine e qqualsiasi materiale
m
dellla lettiera (ppaglia, stoccchi di mais, fieno, ecc) che posson
no essere
utilizzatti nelle stallle del bestiaame. Dato chhe l'urina è il modo con
n cui l'anim
male si liberaa dell’azotoo
in eccessso, il tenoree di azoto del
d letame è fortementee influenzato
o da quanta urina vienee raccolta
con le fe
feci.
Chhapter 04-03 page 5
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Ad esem
mpio, gli ucccelli in natu
ura espellonno le feci e le
l urine insiieme, per cuui il contenu
uto di azoto
del letam
me di polli, tacchini, an
natre e picciioni, è il più
ù alto tra i letami di oriigine animaale da un
punto di vista del contenuto
c
dii azoto.
I successsivi per conntenuto di azoto,
a
a caussa delle loro
o dieta e/o abitudini
a
di pascolo, so
ono gli
esseri um
mani, i suinni, gli ovini,, e poi i cavvalli. I bovin
ni e gli altri ruminanti ((masticatorii del bolo)
che si basano sui batteri nel loro intestinoo per digerirre gli alimen
nti vegetali,, hanno un basso
b
contenuuto di azoto nel letame perché grann parte dell’azoto dispo
onibile vienee utilizzato per nutrire
i loro baatteri intestiinali. Anchee all’internoo della stesssa specie di animali ci ssono grandi differenze
nel conttenuto di azzoto nel letaame.
Ad esem
mpio, lo stalllatico dei cavalli
c
può aavere più azzoto del letaame degli annimali al paascolo,
perché lle feci e le urine
u
vengono raccolte nello stesso
o luogo limitato. Dal m
momento che ci sono
così tannte variabili,, e poiché i batteri anaeerobici posssono utilizzaare la magggior parte deelle forme
di azotoo, il tenore di
d azoto disp
ponibile deii materiali organici
o
può
ò essere megglio generallizzato e
presentaato come azzoto totale (% sul peso secco).
Carbon
nio. A differrenza dell’aazoto, il carbbonio esistee in molte fo
orme che noon sono direettamente
utilizzabbili dai batteri. La form
ma più comuune di carbo
onio non dig
geribile è laa lignina, un
na
componnente compllessa dei veg
getali che reende le pian
nte terrestri rigide e piùù resistenti al
a degrado
biotico. La lignina può essere immessa inn un digestore sia direttamente conn il materiale vegetale
stesso o indirettamente come lettiera
l
o cibbo vegetale non digeritto nel letam
me. Così, un'immagine
più preccisa della coomponente del
d C del raapporto C/N
N è ottenuta consideranddo il conten
nuto
"senza-llignina" di carbonio
c
neei rifiuti dellle pianta.
La seguuente tabellaa (Tabella 04-03 1a-c) è un riassun
nto delle pro
oprietà chim
miche imporrtanti dei
materialli organici. I valori son
no medie proovenienti daa molte fontti e dovrebbbero essere utilizzate
solo com
me valori appprossimati.
Rifiuti animali
Urine
Sangue
Ossa
Interioraa di
animali
Scarti ddi pesce
secco
Azoto totalle
(% sul seccoo)
16
12
porto
Rapp
C/N
00.8
3 .5
3 .5
44.1*
5 .1*
Leetame
Feci umane
Urrine umane
Leetame di pollo
Leetame di
peccora
Leetame suino
Leetame equino
Leetame bovino
Tabellaa 04-03 1a: Valori di caarbonio e azzoto nei rifiiuti
Azotoo totale
(% sull secco)
6
118
6.3
3.8
Rapporto
C/N
6-10
15
3.8
2.3
1.7
25*
18*
L’azoto è l’azzoto totale suul secco
L
Ill carbonio è sia
s il carboniio totale sul secco che il carbonio sennza la ligninaa (*), sul
seecco
Chhapter 04-03 page 6
BISYPLA
AN Handboo
ok
Rifiuti vvegetali
Fieno, EErba
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Azoto totalle
(% sul seccoo)
4
Rapp
porto
C/N
122
Alimenti
veg
getali
Semi di soia
Azotoo totale
(% sull secco)
Rapporto
C/N
5
giovane
Fieno, EErba
2.8
177*
Semi di coton
ne
2.5
199
Gu
usci di
araachidi
5*
medica
Fieno, G
Gramigna
36*
1.9
199
Alghe
Verduree**
2.5 - 4
11 - 19
Trifogliio rosso
1.8
277
Paglia ddi avena
1.1
488
Paglia ddi
0.5
1500
frumentto
Segaturra
0.1
200 - 500
Tabellaa 04-03 1b: Valori di carbonio e azzoto nei veg
getali
L’azoto è l’azzoto totale suul secco
L
Ill carbonio è sia
s il carboniio totale sul secco che il carbonio sennza la ligninaa (*), sul
seecco
**
Nonn-legumi
Fanghi
Azoto totalle
(% sul seccoo)
Rapp
porto
C/N
Milorgaanite
5.44*
Attivati
5
6*
mi freschi
11*
Liquam
Tabellaa 04-03 1c: Valori di caarbonio e azzoto nei fan
nghi
L’azoto è l’azzoto totale suul secco
L
Ill carbonio è sia
s il carboniio totale sul secco che il carbonio sennza la ligninaa (*), sul
seecco
04-03--03 Parametri op
perativi p
per il funz
zioname
ento del d
digestore
e
pH
germente alcalino (pH 6,8-8,5) perr produrre
I metanobatteri richhiedono un ambiente nneutro o legg
metano.. I batteri accidogeni creescono moltto più veloccemente dei batteri mettanogeni. See i batteri
che prodducono aciddo crescono
o troppo in ffretta, posso
ono produrre più acido rispetto a quello
q
che i
batteri m
metanogeni possono co
onsumare. L
L'eccesso di acido quind
di si accumu
mula nel sisteema
portanddo ad una dim
minuzione del
d pH ed ill sistema pu
uò diventaree instabile, iinibendo l'attività dei
batteri m
metanogeni. Ciò può in
nterromperee del tutto laa produzione di metanoo.
Per evittare questo tipo
t
di prob
blema, è fonndamentale mantenere
m
una
u grande quantità di batteri
metanoggeni attivi. Quindi
Q
i sisstemi a ritennzione di bio
omassa sono intrinsecaamente più stabili
s
rispetto ai sistemi basati
b
sulla crescita battterica comee i digestori a completaa miscelazio
one e a
flusso a pistone (pllug flow).
Chhapter 04-03 page 7
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Tempo di ritenzioone idraulicca (Hydraullic Retention
n Time HR
RT)
d sistemi anaerobici
a
s ono progetttati per man
ntenere i rifiiuti per un numero
n
La magggior parte dei
fisso di giorni. Il nuumero di giorni in cui iil materiale rimane nel serbatoio è chiamato tempo
t
di
ritenzione idraulicaa o HRT. Il tempo di rit
itenzione idrraulica è ug
guale al voluume del serb
batoio
Q).
diviso pper il flusso giornaliero (HRT=V/Q
Il tempoo di ritenzioone idraulicaa è importannte poiché stabilisce
s
laa quantità dii tempo necessaria per
la crescita battericaa e la successsiva converrsione del materiale
m
organico in gaas. Esiste un
na
relazionne diretta traa il tempo di
d ritenzionee idraulica ed
e i solidi vo
olatili conveertiti a gas. Tale
relazionne per i rifiuuti del settorre del latte è mostrato in
i Figura 04
4-03 3.
Il tempo di ritenziione dei sollidi (Solids Retention Time
T
SRT)
Il tempoo di ritenzioone dei solid
di (SRT) è iil fattore più
ù importantee per controollare la con
nversione
dei soliddi a gas. E’ anche il fatttore più imp
mportante per manteneree la stabilitàà del digesto
ore.
Nonostaante questo il calcolo del
d tempo dii ritenzione dei solidi è spesso imppropriamentte indicato,
esso è laa quantità di
d solidi man
ntenuta nel digestore diiviso per la quantità di solidi che esce
e
ogni
giorno.
Soliditotaalinelreatttore
Solidigiorn
nalieriinuscita
∙
∙
Dove V è il volumee del digesto
ore, Cd è la concentraziione dei sollidi nel digeestore, Qw è il volume
in uscitaa ogni giornno e Cw è la concentrazzione dei sollidi nel flusso in uscitaa.
In un diigestore connvenzionale a miscelaziione completa e a flussso a pistonee, l'HRT è uguale al
SRT. Tuuttavia, nellla tipologia di reattori a ritenzionee di biomasssa il SRT suupera il HRT
T. Come
risultatoo, i digestorri a ritenzion
ne di biomaassa possono
o essere più
ù piccoli, otttenendo la stessa
s
converssione dei sollidi in gas.
d tempo di ritenzione dei solidi (S
SRT)
La convversione deii solidi volaatili in gas è funzione del
anziché del tempo di ritenzion
ne idraulica (HRT). Con
n bassi SRT
T non c’è tem
mpo sufficiiente per i
batteri ddi crescere e sostituire i batteri perrsi con l'efflluente. Se ill tasso di peerdita batteriica supera
il tasso di crescita dei
d batteri, si
s verifica ill " wash-ou
ut"(dilavameento). Il SRT
T in cui com
mincia a
verificaarsi il "washh-out" è il ”S
SRT critico"".
Jewel ha stabilito che
c un masssimo di 65%
% di solidi volatili
v
da letame di muucche da lattte potrebbe
essere cconvertito inn gas con lu
unghi tempi di ritenzion
ne dei solidii. Burke ha stabilito ch
he dal 65 al
67 % deella domandda chimica d’ossigeno
d
((COD) da letame da allevamenti ddi mucche da
d latte
potrebbe essere connvertito in gas.
g Inoltre sono necesssari lunghi tempi
t
di riteenzione perr la
converssione di celllulosa a gas.
Chhapter 04-03 page 8
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Figura 04-03 3: Demolizione dei solidi vvolatili da riifiuti di fatto
orie caseariie
Carico del digestoore (kg/m3/d
d)
Né il tem
mpo di ritennzione idrau
ulica (HRT)), né il temp
po di ritenzione dei soliidi (SRT) possono
descriveere cosa acccade quando
o una data cconcentrazio
one dei rifiu
uti vengono inseriti nel digestore
anaerobbico: un rifiuuto può esseere più o meeno diluito.
I rifiuti concentratii produrrann
no più gas pper unità di volume
v
e in
nfluenzerannno il digesto
ore in
molto magggiore rispettto ai rifiuti ddiluiti.
misura m
Il caricoo è un dato dei
d rifiuti riiguardo allee dimension
ni del digesto
ore e alle prrestazioni più
approprriato. Il caricco può esseere riportatoo in chilograammi di rifiu
uti (concent
ntrazione deii rifiuti
inseriti, moltiplicatto per il flussso in ingressso) per meetro cubo di volume dell digestore.
mmo di rifiutti in ingressso per metroo cubo di vo
olume del
Un'unitàà di misura comune è il chilogram
3
3
3
digestorre al giorno (kg/m /d). One (kg/m /d) è pari a 0.0624 (lb//ft /d).
ntrazione deei rifiuti in entrata
e
Il caricoo del digestoore può esseere calcolatto se l’HRT e la concen
3
sono nooti. Il carico in (kg/m /d
d) è sempliccemente:
dovee CI è la conncentrazionee del flusso
3
in entratta in gramm
mi/m .
Aumenttando il cariico si riducee la dimensiione del dig
gestore, ma anche la peercentuale di
d solidi
volatili convertiti a gas.
Un cariccamento inssufficiente del
d processoo (bassa vellocità d’ingrresso del suubstrato) si traduce
t
in
una bassa velocità di produzio
one di biogaas. Anche see questo può
ò evitare prooblemi di prrocesso, è
antieconnomico percché la capaccità del proccesso non è completam
mente sfruttaata. Inoltre, il processo
non sfruutta tutta la potenzialitàà del sistem
ma e le popollazioni micrrobiche sonno presenti in uno stato
lento e ppoco dinam
mico.
ogas, ma an
nche il rischhio di sovracccarico,
Aumenttando il cariico aumenteerà la produuzione di bio
che si trraduce in acccumulo di VFA
V
(acidi grassi volaatili). Un’altta concentraazione di VF
FA abbassaa
il pH e rrende i VFA
A più tossici per i metaanogeni, il che
c può porttare a un’intterruzione del
d
processoo.
Chhapter 04-03 page 9
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Una quaantità sufficciente di nuttrienti è impportante ancche per la crrescita celluulare microb
bica. I
macro-nnutrienti com
me carbonio
o, idrogeno,, azoto e ossigeno sono
o gli elemennti principalli nelle
cellule ddella biomaassa. Zolfo, fosforo, pootassio, calccio, magnesiio e ferro soono necessaari per le
proteinee specifichee. Questi maacro-nutriennti sono pressenti nella cellula,
c
menntre i microeelementi,
come niichel, cobalto e rame so
ono necessaari in quantiità minori. La
L maggior parte dei nu
utrienti puòò
inibire iil processo se
s presente in concentrrazioni elevaate. Solfuri e fosfati poossono ridurrre la
biodispoonibilità deggli ioni mettallici per prrecipitazion
ne. Normalm
mente, tutti i nutrienti sono
s
presentii in quantitàà sufficientee nel letamee di suini e di
d mucche.
04-03--04 Stabilità e fun
nzionam
mento dell process
so per la
a produziione del
bioga
as
Segue laa recensione del riferim
mento [4].
I fattori che influennzano la pro
oduzione di biogas sono
o soprattutto le condiziioni operative e la
qualità ddelle materiie prime.
• Condizioni operative, come il
i pH e la teemperatura hanno
h
un'in
nfluenza direetta sui
microrgganismi.
• I probllemi dell’allimentazion
ne comprenddono la com
mposizione dei
d rifiuti e la concentrazione,
nonché i composti tossici e iniibitori. Talvvolta, i comp
posti tossicii non sono iinizialmentee presenti
nel rifiuuto stesso, ma
m sono pro
odotti all'inteerno del reaattore dal deegrado del ssubstrato (ad
d esempio,
acidi grassi volatilii (VFA) e am
mmoniaca)..
04-03--04a Para
ametri che
e posson
no ostaco
olare o rallentare la
a digestio
one
Tutti i ccomponenti dei rifiuti non
n sono uggualmente degradati
d
o convertiti
c
a gas attraverrso la
digestioone anaerobica.
I batterii anaerobicii non degrad
dano la lignnina e altri tiipi di sostan
nze organichhe. La digesstione dei
rifiuti coontenenti allte concentrrazioni di azzoto e di zollfo può prod
durre conceentrazioni to
ossiche di
ammoniiaca e di aciido solfidricco. Rifiuti cche non son
no particolarrmente solub
ubili in acqu
ua vengono
degradaati lentamennte.
mpio, i rifiuuti lattiero-caseari sono noti per degradarsi più
ù lentamente
te del letamee di origine
Ad esem
suina o avicola.
La compposizione dei
d solidi del letame dellle mucche da latte è prresentata neella Tabella 04-03 2.
Come sii può osservvare dalla taabella, la maaggior partee dei solidi volatili sono
no composti da
cellulossa ed emicelllulosa. Entrrambi sono convertiti in
i metano dai batteri annaerobici. Tuttavia,
T
come soottolineato in
i precedenzza, la ligninna non si degrada duran
nte la digesttione anaero
obica.
Poiché uuna parte soostanziale dei
d rifiuti sollidi volatili delle mucche da latte è lignina, laa
percentuuale di soliddi volatili neel letame boovino conveertibile in gas è inferiorre rispetto ad
a altri
letami e rifiuti.
Dalle caaratteristichhe del letamee è possibil e anche stab
bilire le percentuali di aanidride carrbonica e
di metanno presenti nel biogas prodotto.
p
Il biogas da rifiuti
r
di fatttorie casearrie sono tipicamente
Chaapter 04-03 page 10
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
compossti dal 55 al 65% di mettano e per ill 35- 45% da
d CO2. Son
no presenti aanche traccee di acido
solfidricco e azoto.
Compoonenti
Pesso-%
Volatili (% dei soliidi totali)
883.0
Estrattoo in etere (%
% dei solidi
2.6
totali)
Cellulossa (% dei soolidi totali)
331.0
Emicelllulosa (% deei solidi totaali)
112.0
Ligninaa (% dei soliidi totali)
112.2
Amido (% dei soliddi totali)
112.5
% dei solidi totali)
t
112.5
Proteinee grezze (%
0.5
Ammonniaca (% dei solidi totali)
Acidi (%
% dei solidii totali)
0.1
Tabellaa 04-03 2: Composizion
C
ne del letam
me di mucch
he da latte
04-03--04b Subs
strati e nu
utrienti
Il tipo ddi substrato e la compossizione deteerminano diirettamente la quantità di biogas. Il
I
quantitaativo immessso di substrrato anaerobbico viene spesso
s
misu
urato in term
mini di domanda
chimicaa di ossigenoo (COD) totale o solidii volatili tottali (VS). Laa distinzionne tra frazion
ne
degradaabili disponiibile e frazione inerte è molto imp
portante in questo
q
caso,, dato che un
na frazione
considerevole del COD
C
o dei VS
V in ingre sso può essere inerte (ssi rimanda iindietro allaa sezione
del testoo 04-03-02)). Il letame, che contienne una grand
de quantità di acqua e ddi frazioni refrattarie
r
alla digeestione ha una
u resa infeeriore del m
metano per VS
V o COD rispetto
r
a suubstrati facilmente
degradaabili come i rifiuti organici.



La llignina è connsiderata co
ome frazionne non degraadabili nei reattori
r
anaeerobici.
I carrboidrati sono suddivissi in frazionni facilmentee degradabili (E) e lenttamente deg
gradabili
(S).
s
considderati facilm
mente degrad
dabili.
I lippidi, proteinne e (VFA) sono
Un esem
mpio delle varie
v
frazion
ni di carbonnio in letamee da fonti diiverse è moostrato in Figura 03-03
4.
d letame di
d mucca è nnell'intervalllo di 0.1– 0.4
0 m3 CH4//kg VS, men
ntre il
La resa in metano dal
mento di mettano più eleevato a causa del maggiiore contenu
uto di
letame ddi maiale haa un rendim
proteinee e lipidi, dii minore lignina, e carbboidrati a len
nta degradaabilità. Quessto fattore dipende
d
fortemeente dall’aniimale da cuii deriva il leetame.
Chaapter 04-03 page 11
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Figura 03-03 4: C
Composizion
ne media deel VS in letaame appenaa espulso di bovino, suiini da
inngrasso, scrrofe, frazionne solida daa precipitazione chimicaa di letame (SFC),
frrazione soliida da centriifugazione di letame su
uino (SFD),, frazione so
olida da
centrifugazio
one da letam
me di suini,, frazione liquida pre-trrattata con centrifuga
c
p decantazzione (E-connc.) e pagliaa di grano [5
per
5]
04-03--05 Prop
prietà dell biogas:: Contenuto d’acqua
Il biogaas prodotto in
i impianti AD
A quandoo lascia il digestore è saaturo di vappore acqueo. L'acqua
può conndensare nellle tubature del gas, e aanche congeelare durantte l'inverno e, insieme agli
a ossidi
di zolfoo e ad altre componenti
c
acide del ggas, provocaare la corrossione. Aumeentando la pressione
p
o
ogas e si ottiiene così unn gas secco. Il
diminueendo la tempperatura, l'aacqua condeensa dal bio
raffredddamento puòò essere otteenuto naturaalmente con
nducendo il gas attraveerso un tubo
o nel
terreno equipaggiatto con una trappola
t
di ccondensa o con raffred
ddatore eletttrico. L'acqu
ua può
anche essere rimossa mediantee assorbimeento utilizzaando SiO2, carboni
c
attivvi o setacci
molecollari. Questi materiali so
ono generallmente rigen
nerati mediaante riscaldaamento e/o una
diminuzzione della pressione.
p
Altre
A
tecnoloogie per la rimozione
r
dell'acqua
d
soono l’assorb
bimento
con soluuzioni di gliicole o con l'uso di salii igroscopici.
Sistemi di depuraziione sono comunementte utilizzati per rimuov
vere l'acqua,, i silossani,, i VOC
(componenti organnici volatili) , H2S, il bioossido di caarbonio e i contaminant
c
nti presenti nel
n biogas
in un prrocesso a sinngolo step per
p produrree metano co
on alta purezzza adatto pper la venditta ai
gasdottii. Arricchiree il biogas secondo
s
le sspecifiche dei
d gasdotti permette
p
alll'operatore di
d ricavare
rendimeenti sostanzialmente maggiori per il biogas, poiché
p
può raggiungere
r
e il suo pieno
potenziaale di vendiita commercciale. L'operratore beneficia anche dalla stabiliità della dom
manda di
gas natuurale, ed eviita i fastidio
osi problemii di funzion
namento con
n la generazzione elettricca in situ.
I biogass purificati per
p essere completamennte sostituib
bili al gas naturale hannno anche biisogno di
una picccola aggiunnta di idrocaarburi come il propano per raggiun
ngere il corrretto indice di Wobbe.
Nel processo di Guuild, il biogaas viene com
mpresso a 0.41-0.68
0
MPa,
M prima ddi essere introdotto nel
sistema di adsorbim
mento di Gu
uild. Il sistem
ma di assorrbimento di PSA rimuoove l'acqua, i silossani,
i VOC, l’H2S e la CO
C 2 per produrre un gaas che soddiisfa le specifiche dei gaasdotti.
Successsivamente alla fase di adsorbiment
a
to, il recipieente per l’asssorbimentoo viene rigen
nerato
riducenddo la pressiione e desorrbendo le im
mpurità attraaverso una pompa
p
da vvuoto, a questo punto
queste iimpurezze, e una piccola porzione del metano
o, lascia il siistema com
me gas di cod
da. Il gas di
Chaapter 04-03 page 12
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
coda puuò essere usaato come co
ombustibilee oppure bru
uciato localm
mente in baase alle neceessità in
quanto hha un valoree relativameente basso ddi riscaldam
mento.
04-03--05a Prop
prietà del gas: com
mposizion
ne chimic
ca
Il prodootto finale della
d
fermen
ntazione è unna miscela di
d gas comb
bustibili, priincipalmentte composti
da:
50 – 75 % metano (CH4);
25 – 45 % biossidoo di carbonio
o (CO2);
2 – 7 % acqua (H2O);
O
< 2 % oossigeno (O2);
< 2 % aazoto (N2);
< 1 % aammoniaca (NH3);
< 1 % aacido solfidrrico (H2S).
In alcunni casi, i bioogas conteng
gono silossaani. Questi silossani si formano daalla decomp
posizione
anaerobbica di materiali che si trovano
t
com
munemente nei saponi e detergentii. Durante la
combusstione del biiogas conten
nente siloss ani, il silicio viene rilasciato e puòò combinarssi con
l'ossigenno libero o vari altri eleementi nellaa combustio
one del gas. Si possonoo formare deepositi
conteneenti principaalmente silicce (SiO2) o silicati (SixOy) e che possono anchhe contenerre calcio,
zolfo, foosforo o zinnco. Per ulteeriori inform
mazioni si consiglia di fare
f riferim
mento alle seezioni sulle
scorie e incrostaziooni nell’appendice sullee proprietà delle
d
cenerii.
Le prop
prietà del biogas
b
sono funzione deella pression
ne e temperratura. Sonoo anche influ
uenzate dal
contenuuto di umidiità. I fattori di interessee principali sono:
• variazione di voluume in funzzione della ttemperaturaa e pressionee;
• cambiamento del potere calo
orifico in funnzione dellaa temperatu
ura, pressionne e vapore acqueo
contenuuto;
e
o contenuto in funzionee della temp
peratura e prressione.
• variazione del vappore acqueo
Il poterre calorificoo del biogass è di circa 6 kWh/m3 o 20-22 MJ//m3, questa quantità di energia
equivalee a circa meezzo litro dii gasolio. Laa componen
nte importan
nte, dal punnto di vista del
d
combusstibile, è il metano
m
[6].
La prod
duzione pottenziale di metano (inn riferimento
o alle sezion
ni del testo 03-03-04b e -04c) è il
volume di metano prodotto
p
du
urante la deggradazione anaerobica
a
in presenzaa di batteri di
d un
campionne inizialmeente introdo
otto, espressso in condizzioni normali di temperratura e presssione
(0 °C, 1013 hPa).C
Come accenn
nato in preccedenza, div
versi substraati generanoo composti specifici
s
differennti come inddicato nella tabella 04-003 3.
d gas prodotto dipendderà anche dal
d substrato
o, dalla conccentrazione della
La compposizione del
materia organica e dalla velocità di alimenntazione deel digestore (vedere sezzioni del testo 04-0303 e 04--03-04).
Chaapter 04-03 page 13
BISYPLA
AN Handboo
ok
Compoonenti
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Rifiuti
R
dom
mestici
Fanghi da
impian
nti di
trattamento delle
acque reflue
60-75
33-19
1-0
< 0.5
6
100
1000 - 40
000
-
Scarti
S
agriccoli
Scarti di
in
ndustrie
agroalimentari
CH4, % vol
50-60
60-75
68
CO2, % vol
38-34
33-19
26
N2, % vool
5-0
1-0
O2, % vvol
1-0
< 0.5
H2O, % vol (40 ° C)
C
6
6
6
Totale, % vol
100
100
1
100
H2S, mgg/m3
10
00 - 900
3000 – 10 000
400
4
NH3, mgg/m3
50 - 1000
3
Aromattici, mg/m
0 - 200
Gas orgganici clorurrati
100-800
o fluoruurati, mg/m3
Tabellaa 04-03 3: Composizion
C
ne chimica di gas da diifferenti sub
bstrati.
I componentti sopra la liinea trattegg
giata sono quelli
q
princiipali, quelli sotto sono
componenti e agenti conntaminanti che possono
o essere prooblematici
La preseenza di H2S,
S CO2 e di acqua
a
rendee il biogas grezzo
g
molto
o corrosivo e richiede l'utilizzo
l
di
materialli adatti.
04-03--05b Prop
prietà del gas: cara
ratteristich
he fisiche
e
In base alla sua com
mposizione,, il biogas ppresenta caratteristiche interessantii da confron
ntare con il
gestore è un gas notevollmente più leggero
gas natuurale (Tabellla 04-03 4). Il gas usceente dal dig
dell'ariaa e il suo pootere calorifi
fico è soltant
nto circa la metà
m del gass naturale.
Tipologgie di gas
Compossizione
Biog
gas 1
Rifiu
uti domesticci
60
0 % CH4
33 % CO2
1 % N2
0 % O2
6 % H2O
6.6
6
6.0
6
Bioga
as 2
Industria
agroa
alimentare
68 % CH4
26 % CO2
1 % N2
0 % O2
5 % H2O
7.5
5
6.8
8
HHV, kkWh/m3
LHV, kkWh/m3
Rapportto densità
0.93
0
0.8
85
gas/ariaa
Densitàà, (kg/m3)
1.21
1
1.11
Indice ddi Wobbe,
6.9
6
8.1
kWh/m3
Tabellaa 04-03 4: Composizion
C
ne e proprieetà fisiche di
d gas diverssi
Gas naaturale
97.0 % CH4
2.2 % C2
0.3 % C3
0.1 % C4
0.4 % N2
11.3
10.3
0.577
0.733
14.9
Chaapter 04-03 page 14
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
04-03--06 Purifficazione
e del biog
gas e utiilizzazion
ne [7]
Il biogaas può esseree utilizzato per tutte le applicazion
ni progettatee per gas naaturale. Non
n tutte le
applicazzioni del gaas richiedono
o gli stessi sstandard deei gas. C'è un
na notevolee differenza tra i
requisitii per le appllicazioni staazionarie deel biogas e il
i gas come combustibiile o la quallità per i
gasdottii.
Riscald
damento
Le caldaaie non richhiedono un’alta qualità del gas. Il gas
g in pressione di solitito deve esseere solo
intorno a 8- 25 mbaar. Si consig
glia di ridurrre le concentrazioni dii H2S a valoori inferiori a
1 000 pppm, per perrmette di maantenere il ppunto di con
ndensazionee intorno a 1150 °C. Nell caso in
cui la cooncentrazione di H2S è troppo elevvata e avven
nga la condensazione ddei fumi, l'aacido
solfidricco presente nel liquido condensatoo può portarre a pesanti corrosioni qquando ven
ngono
utilizzatti, materialii non adatti. Si raccomaanda pertantto di usare acciaio
a
inoxx per i camiini o
bruciatoori a condennsazione e camini
c
in plaastica resisttente alle altte temperatuura. Molte moderne
m
caldaie hanno scam
mbiatori di calore
c
in otttone laminatto con stagn
no che potreebbero corro
odersi
anche ppiù velocemente dei cam
mini di ferroo. Ove posssibile, devon
no essere uttilizzati scam
mbiatori di
calore inn ghisa. È innoltre consiigliato conddensare il vaapore acqueeo del gas grrezzo primaa che venga
mandatoo ai bruciatoori.
La rimoozione dell’aacqua elimiina anche grran parte deel H2S, riduccendo la corrrosione e i problemi
di accum
mulo di gas dovuto al punto
p
di conndensazionee.
Motori per la cogeenerazione (CHP)
L'utilizzzo di biogass in motori a combustioone interna è una tecnologia afferm
mata da tem
mpo ed
estremaamente affiddabile. Miglliaia di motoori sono utillizzati per le opere di ddepurazionee, le
discaricche e gli imppianti di bio
ogas. La pottenza dei motori va da 45kW (che corrispond
de a ca.
KWel 122) nelle azieende agricolle di piccolee dimension
ni fino a div
versi MW suu discarichee di grandi
dimensiioni.
I motorii a gas hannno requisiti simili per laa qualità del gas a quelli delle calddaie, ma l’ H2S deve
essere innferiore perr garantire un
u tempo raagionevole di
d vita del motore.
m
I motorii progettati per funzion
nare a benzinna sono mo
olto più susccettibili all’aacido solfid
drico
rispetto ai più robuusti motori diesel.
d
Per le appplicazioni su larga scaala (> 60 kW
Wel) i motorri diesel son
no quindi laa norma.
Occasioonalmente, i composti organici
o
di ssilice nel gaas possono creare
c
probllemi di abraasione. Se
così è, ttali sostanzee dovrebberro essere rim
mosse.
Combu
ustibile per veicoli
Il biogaas può esseree utilizzato come carbuurante per veicoli
v
che utilizzano
u
laa stessa configurazione
del motore dei veiccoli a gas naaturale. In tootale ci sono
o oltre 1 miilione di veiicoli a gas naturale
n
in
tutto il m
mondo che dimostrano
o che il gas è un combu
ustibile possibile, versattile e comm
merciale per
i veicolii.
Tuttaviaa, le richiestte in termin
ni di qualità del gas son
no severe. Rispetto
R
a talli esigenze il biogas
grezzo dda un digesttore o da un
na discarica deve esseree migliorato
o. Le esigennze sono talii che il
processoo di migliorramento dev
ve portare a un gas paragonabile al
a gas naturaale. Rispetto
o al biogas
grezzo, il gas migliiorato deve::
• avere uun maggiorre potere callorifico, al ffine di coprire distanzee più lunghee,
• avere uuna regolarre/costante qualità
q
del ggas per averre una guidaa sicura,
• non auumentare la corrosione dovuta aglii alti livelli di acido sollfidrico, am
mmoniaca e acqua,
• non coontenere parrticelle che potrebbero causare dan
nni meccanici,
Chaapter 04-03 page 15
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
• non daare origine a intasamen
nto a causa del ghiaccio in caso dii elevato conntenuto di acqua,
a
• avere uuna qualità dichiarata e assicurataa.
In praticca ciò signiffica che il biossido
b
di ccarbonio, l’aacido solfid
drico, l’amm
moniaca, l’aacqua e le
particellle (e talvoltta altri comp
ponenti in trraccia) devo
ono essere rimossi
r
in m
modo che il gas
prodottoo come com
mbustibile per i veicoli abbia un co
ontenuto di metano
m
supperiore al 95
5 % vol.
Le speccifiche di quualità per l'u
utilizzo di biiogas e gas naturale com
me carburannte per auto
otrazione
sono divverse a secoonda del paeese. Il biogaas miglioratto è in realtàà il combusttibile più pu
ulito in
assolutoo per i veicooli, per quan
nto riguardaa l’ambientee, il clima e la salute um
mana.
04-03--07 Il dig
gestato- qualità
q
e uso
La magggior parte dei
d solidi no
on convertitii in metano,, si depositaano nel digeestore comee fanghi
liquidi. Anche se varia
v
in basee alle materiie prime utilizzate e con le condiziioni di digestione,
questi fa
fanghi conteengono moltti elementi eessenziali per
p la vita deelle piante: azoto, fosfo
oro,
potassioo, più piccolle quantità di
d sali metaallici (elemeenti in traccee), indispennsabili per laa crescita
delle piaante, come il boro, calccio, rame, fe
ferro, magneesio, zolfo, zinco,
z
ecc
L'azoto è consideraato particolaarmente impportante a causa
c
del suo
o ruolo fonddamentale nella
n
nte. Il fangoo digestato contiene
c
azo
oto principaalmente sottto forma di
nutrizioone e crescitta delle pian
ammoniio (NH4+), mentre
m
l'azo
oto in rifiutii organici aeerobici (fang
ghi attivi, ccompost) è per
p lo più
in formaa ossidata (nnitrati, nitriti).
Le cresccenti prove suggeriscon
no che per m
molte piantee di terra e di
d acqua l’aammonio pu
uò essere
più utilee come fontte di azoto rispetto
r
all’aazoto nelle forme ossid
date; nel suoolo è molto meno
soggettoo al dilavam
mento e più incline a fisssarsi alle particelle di scambio (arrgilla e hum
mus).
Allo steesso modo, le
l alghe d'accqua sembrrano essere in grado di utilizzare l’’ammonio più
p
facilmennte dei nitraati. In generrale, si trattaa di un roveesciamento di
d convinziooni precedeenti degli
scienziaati sulla ferttilizzazione per cui l'az oto ossidato
o è sempre la
l forma piùù disponibille di azoto
per le piiante. Da taali studi, è sttato suggeriito che il liq
quido fangoso digestatoo produce lo
o stesso
aumentoo di azoto di
d quello deii fertilizzantti inorganicci.
La magggior parte delle
d
inform
mazioni preceedenti mosttrano che il dato sul bas
asso valore fertilizzante
f
e
dei fangghi era basaato sui fangh
hi di depuraazione comu
unali. Questta è una missura sbagliata del
valore ffertilizzante dei fanghi digestati in generale. Il trattamentto municipaale lava via tutto
t
il
liquidi ppotenzialmeente fertilizzzante. In unn caso i fang
ghi di depurrazione digeestati sono risultati
r
conteneere solo circa 1/2 della quantità di azoto del faango fresco,, mentre altrrove il letam
me suino è
risultatoo essere 1.4 volte più riicco di conttenuto di azo
oto rispetto al letame ggrezzo di maaiale
(Tabellaa 04-03 5).
Risultatti simili sonno stati trovaati con digeestato di letaame di pollo
o. Fanghi daa digestori possono
p
essere riciclati in una grande varietà
v
di moodi, sia a teerra che in acqua
a
come nelle colturre negli
stagni. L
Le possibiliità potenzialli sono moltte, di seguitto sono datee solo brevi descrizionii di esse.
Chaapter 04-03 page 16
BISYPLA
AN Handboo
ok
Fanghi di depurazzione
municip
pali
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Azoto
Fa
anghi da lettame digeriito
(% sul peeso
secco)
Liquam
mi grezzi
1.0-3.5
Maaiali
Digestaato, 10 muniicipalità
1.8-3.1
Polli
0.9-3.0
Digestaato, 12 muniicip., Ohio
Mu
ucche
Digestaato, 51 camppioni, 21
1.8-2.3
città
Digestaato, media generale
2.0
Digestaato, media generale
1.0-4.0
Co
ompost matturo
Attivati, 5 municippalità
4.3-6.4
Mu
unicipale
Attivati, media gennerale
4.0-6.0
Im
mmondizia
Im
mmondizia
4.0-7.0
Attivati, media gennerale
Tabellaa 04-03 5: Valore
V
fertillizzante in aazoto di fang
ghi vari e co
ompost matturo
Azzoto
(%
% sul peso
seccco)
6.1-9.1
5.3
3-9.0
2.7
7-4.9
0.4
4-1.6
0.4
4-4.0
1.4
4-3.5
04-03--07a Il dig
gestato - uso
u nel g
giardinagg
gio e in agricoltur
a
ra
L'appliccazione del fango digesstato alle coolture ha unaa duplice uttilità, poichéé è sia un am
mmendantee
che un ffertilizzantee. L’humus dei fanghi, oltre a forn
nire nutrientii per le piannte, miglioraa il suolo
aumentaandone la capacità di trrattenere l'aacqua e miglliorandone la sua strutttura. Esperimenti
preliminnari con piaante da giard
dino e da apppartamento
o hanno dato
o risultati sttupefacenti con
l'utilizzoo di fanghi da digestion
ne di letamee di pollo. Tuttavia,
T
ci sono alcunee questioni da
considerare prima:
oprattutto daa letame, co
ontiene un’elevata quanntità di amm
moniaca, e
1. Il fanngo digestato fresco, so
in questto stato può agire comee un fertilizzzante chimiico forzando
o l’assimilazzione di graandi
quantitàà di azoto neella pianta e aumentanddo l'accumu
ulo di composti azotati tossici. Non
n vi è
alcuna pprova diretta di ciò, maa la possibillità esiste.
Per questo motivo è probabilm
mente megliio lasciare maturare
m
il fango
f
per allcune settim
mane in uno
olio, piscinee di plastica, ecc), o in un
u contenitoore chiuso per
p alcuni
spazio aaperto (bidooni del petro
mesi priima di usarllo sulle coltture. Più freesco è più dovrebbe
d
essere diluito con acqua prima
dell'appplicazione.
2. L'usoo continuatoo dei fanghi digeriti in qqualsiasi areea tende a rendere i terr
rreni acidi. Questo
Q
effetto ppuò essere controbilanc
c
ciato da unaa piccola ag
ggiunta di do
olomia o caalcare a interrvalli
regolarii ai terreni con
c i fanghi in questionne, lasciando
o almeno un
n intervallo di 2 settimaane tra le
applicazzioni per evvitare di perd
dere l'eccessso di azoto.. Purtroppo,, il calcare ttende a far evaporare
e
l'ammonniaca quinddi si può verrificare una perdita di azoto
a
tempo
oranea ogni volta che viene
aggiuntoo il calcare ai terreni trrattati con i fanghi.
d rifiuti urbbani, i fangh
hi provenien
nti da rifiutii agricoli no
on
3. A diffferenza del digestato da
contenggono grandi quantità di metalli pessanti e sali per
p cui non vi
v è pericoloo nell’utilizzzo per
lunghi pperiodi. Tutttavia, si dov
vrebbe presstare attenzione alla stru
uttura del teerreno. Se contiene
molta arrgilla, i fangghi tendono
o ad accumuularsi creand
do eventuali problemi nnella zona delle
d
radici
delle piaante. In gennerale, è ben
ne inizialmeente manten
nere sotto strretto controollo i terrenii trattati
con i fannghi in moddo che sia chiaro il com
mportamento
o dei fanghii nel particoolare suolo.
Chaapter 04-03 page 17
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
L’idoneeità per i proocessi termo
o-chimici e bio-chimici di converssione dei riffiuti organicci
biodegrradabili (bioo-waste BW
W) e/o dei riffiuti putresccibili (putresscible wastee PW) sono
brevemeente descrittte nei prosssimi paragraafi.
04-03--08 Proc
cessi perr l’utilizzo
o dell’energia
04-03-0
08a Comb
bustione dei
d putresc
cibili: Ada
atta in certte condizio
oni
I rifiutoo organici biiodegradabiili (BW) e pputrescibili (PW)
(
spesso
o hanno un elevato con
ntenuto di
umiditàà e possono includere particelle di origine igno
ota, motivo per cui la ccombustionee in
impiantti di combusstione norm
male non è geeneralmentee appropriatta. La combbustione deii rifiuti è
soggettaa alla direttiiva sull'inceenerimento ddei rifiuti (2
2000/76/CE
E), che ponee diverse resstrizioni
quando i rifiuti nonn sono bruciiati in impiaanti predisp
posti per l’in
ncenerimentto. Se i PW sono parte
dei rifiuuti solidi urbbani (RSU),, allora la coombustionee è possibile in impiantii di inceneriimento dei
rifiuti soolidi urbanii. Maggiori informazionni su questee cose si trovano nella ssezione di testo 04-0401.
04-03-0
08b Gassiificazione dei putres
scibili: No
on raccom
mandata
Il contennuto di umiidità di un materiale
m
addatto per la gassificazio
g
one termica deve esseree inferiore
al 25-300%, ma i BW
W e PW non
n sempre sooddisfano qu
uesto requissito. Per preeparare i riffiuti per la
gassificazione devee essere riso
olto questo pproblema, il che aumen
nta il prezzoo del gas; dii
conseguuenza la gasssificazione termica è ppoco adatta per il trattam
mento dei rrifiuti - vedeere anche laa
sezione del testo 044-04-02.
06c Pirolis
si/torrefaz
zione: Non
n raccoma
andata
04-03-0
Di nuovvo, i substraati per la pirrolisi e la torrrefazione dovrebbero
d
essere prefe
feribilmente secchi,
con un ttenore di um
midità inferiiore al 30%
%. Per questo
o tali rifiuti raramente ssono adatti per questi
processii, come ancche sottolineeato nella seezione di tessto 04-04-03.
08d Utilizzzo per la fe
ermentaziione: Ecce
ellente
04-03-0
Di solitoo i BW e PW
W sono mollto adatti peer la fermen
ntazione poiché il substtrato per la
fermenttazione devee essere preeferibilmentte liquido, con contenutto in sostannza secca infferiore al
15%. See il substrato è secco deeve essere aaggiunta acq
qua o altro liquido.
l
08e Utilizzzo per la digestione
d
e anaerobica: Eccelllente
04-03-0
I BW e PW di solitto sono mollto adatti peer la digestio
one anaerob
bica, perchéé il substrato
o per la
digestioone anaerobica deve esssere preferibbilmente liq
quido, con contenuto
c
inn sostanza secca
s
inferioree al 15%. La
L digestione può esseree anche effeettuata a parrtire da un ssubstrato secco se
viene uttilizzata unaa tecnologiaa e appareccchiatura app
propriata (teecnologia dii digestione a secco).
Chaapter 04-03 page 18
BISYPLA
AN Handboo
ok
Ülo Ka
ask, Livia Kassk, Janita An
ndrijevskaja
Riferimenti
1 Encycloopaedia aboout Chemistrry.
http://0001yourtransslationservicce.com/trannslations/enccyclopedia/Chemistry--06.htm and
d
http://w
www.factmoonster.com/ipka/A0934 640.html.
2 Fry, LJ.. Methane Digesters
D
Fo
or Fuel Gas and Fertilizzer. Californ
nia, 1973
http://doocuments.poonics.org/seections/bioggaz/Methane-Digesters.pdf.
3 Dennis A, Burke PE. Dairy Waste
W
Anaeroobic Digesttion Handbo
ook. Environnmental En
nergy
Companny. 2001. htttp://www.m
mrec.org/puubs/Dairy%2
20Waste%2
20Handbookk.pdf.
4 Kanokw
wan B. Online monitoriing and conntrol of the biogas
b
proceess. Ph.D. T
Thesis. May
y 2006
5 Møller H
HB, Sommeer SG, Ahriing BK. Meethane produ
uctivity of manure,
m
straaw and solid
d fraction
of manuure. Biomasss and Bioen
nergy. 20044. 26: 485-4
495.
6 Biogas compositionn. http://ww
ww.biogas-rrenewable-eenergy.info//biogas_com
mposition.httml
7 Biogas uupgrading and
a utilizatiion. 2000. IE
EA Bioenerrgy. Task 24
4. http://ww
ww.ieabiogas.nnet/_downlooad/publi-taask37/Biogaas%20upgraading.pdf
8 Biogas uupgrading technologie
t
s – developpments and innovations
i
s http://www
w.ieabiogas.nnet/_downlooad/publi-taask37/upgraading_rz_low_final.pdff
9 Task 377: Energy frrom Biogas and Landfilll Gas http:///www.iea-b
biogas.net/