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Consorzio Consorzio AlpiBiogas AlpiBiogas Marzo 2015 KLIMAENERGY 2015 Bolz *1 *1 UNIVERSIT UNIVERSIT À À DI TRENTO DI TRENTO timento timento di di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica *2 *2 F.E.M. F.E.M. Fondazione Fondazione Edmund Mach Edmund Mach CTT CTT - - Unit Unit à à Biomasse ed Energie Rinnova Biomasse ed Energie Rinnovab

Dicam e Mach Presentazione Strippaggio

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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

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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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