IT201800005357A1 - Processo e impianto per la valorizzazione del digestato anaerobico in uscita dagli impianti di produzione di energia da biogas volto alla produzione di bio-concimi e nuovo substrato biodisponibile. - Google Patents

Processo e impianto per la valorizzazione del digestato anaerobico in uscita dagli impianti di produzione di energia da biogas volto alla produzione di bio-concimi e nuovo substrato biodisponibile. Download PDF

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Description

Processo e impianto per la valorizzazione del digestato anaerobico in uscita dagli impianti di produzione di energia da biogas volto alla produzione di bio-concimi e nuovo substrato biodisponibile
La presente invenzione riguarda un processo e un impianto di valorizzazione del digestato anaerobico in uscita da un impianto di produzione di energia da biogas.
Più dettagliatamente, l’invenzione riguarda il trattamento delle frazioni liquide e solide del digestato ottenuto dai digestori anaerobici, rispettivamente per la produzione di fertilizzanti sterilizzati liquidi con ridotto tenore di azoto ammoniacale e fertilizzanti pastorizzati solidi ricchi in azoto, nonché nuove matrici da utilizzare anaerobicamente per la produzione di energia.
La digestione anaerobica è un processo di degradazione attuato da un consorzio microbico che, operando in assenza di ossigeno all’interno di un biodigestore, determina la degradazione della sostanza organica con la produzione di una miscela gassosa ricca in metano, genericamente denominata biogas, e un effluente liquido ricco di nutrienti, quali azoto e fosforo e microelementi denominato digestato. Negli impianti di digestione anaerobica il biogas viene anche utilizzato per la produzione di energia elettrica attraverso un cogeneratore, ossia un motore endotermico alimentato a biogas che trascina in rotazione un generatore per la produzione di energia elettrica.
Il cogeneratore produce: energia elettrica; energia termica a bassa temperatura (circa 80°C) sottoforma di acqua calda, solitamente usata per raffreddare il motore endotermico e per riscaldare il biodigestore nonché le altre utenze collegate; e energia termica ad alta temperatura (oltre i 300°C) sotto forma di fumi esausti in uscita dal motore, che normalmente vengono immessi tal quali in atmosfera.
Attualmente, il digestato in uscita dall’impianto a biogas rappresenta un sottoprodotto della produzione di energia da digestione anaerobica ed il suo trattamento rappresenta uno dei costi di gestione più rilevanti, sia per la quantità (sostanzialmente la stessa del materiale in ingresso) sia per le modalità di trattamento, in quanto:
- nel caso di impianti alimentati da rifiuti, il digestato stesso rappresenta un rifiuto;
- nel caso di impianti al servizio di aziende agricole, il digestato può essere riutilizzato sui terreni condotti con limitazioni, in termini di quantità per ettaro, imposti dalla normativa vigente; sebbene alcuni tipi di digestato potrebbero essere venduti come fertilizzanti, qualora risultassero conformi alle normative vigenti.
Pertanto, il digestato viene soprattutto riutilizzato agronomicamente ricorrendo alla pratica del riutilizzo agronomico mediante spandimento su suolo agrigolo che, oltre ad essere molto onerosa dal punto di vista economico, può portare a gravi fenomeni di inquinamento, in particolare, ma non solo, legati al superamento del tenore di nitrati che la flora batterica e le coltivazioni attive sul terreno possono sostenere facendo pervenire nitrati in falda. Quindi, al momento, gli impianti di trattamento del digestato cercano sostanzialmente di diminuire il contenuto in azoto, per ridurre le superfici necessarie per lo spandimento (ed i relativi costi) imposte dalla normativa sul riutilizzo agronomico del digestato.
Per risolvere questo problema, esistono sistemi noti che cercano di rimuovere la parte più volatile del contenuto in azoto, ossia quella ammoniacale (circa il 50% del totale), ad esempio con sistemi di strippaggio. L’ammoniaca si trasferisce dalla frazione liquida a quella gassosa quando il liquido viene riscaldato. Negli attuali sistemi di strippaggio, l’acqua di raffreddamento del cogeneratore viene riutilizzata per portare a circa 75°C la frazione liquida del digestato, al fine di rimuovere parte dell’ammoniaca (strippaggio) per poi farla combinare con dell’acido solforico in una seconda fase ed ottenere solfato di ammonio, un sale utilizzabile in agricoltura.
Tuttavia, i suddetti sistemi di strippaggio non si sono diffusi, sostanzialmente per i seguenti motivi:
1) le temperature raggiunte sono troppo basse e la quantità di digestato trattabile per giorno è insufficiente rispetto a quello prodotto;
2) sono richiesti costi di esercizio elevati, dovuti all’alimentazione elettrica dell’impianto, per far circolare l’acqua di raffreddamento del cogeneratore, il digestato liquido, i gas estratti e l’acido solforico;
3) il solfato di ammonio ottenuto è disciolto in acqua e per poter essere utilizzato deve essere essiccato, con ulteriore aggravio dei costi.
Altre tecnologie sono volte alla riduzione del volume di digestato, al fine di abbattere sia i costi di trasporto che di trattamento. Tale riduzione viene ottenuta mediante filtraggio e/o essiccamento del digestato liquido, con conseguente consumo di grandi quantità di energia ed emissioni in atmosfera di vapori con elevato contenuto di ammoniaca.
Un ulteriore svantaggio dei sistemi sopraelencati, e in particolare dei sistemi di trattamento di effluenti zootecnici e sottoprodotti agroindustriali, è rappresentato dal fatto che i digestati di origine animale non possono essere utilizzati nelle produzioni agricole di quarta gamma, laddove si mangia la foglia che è a contatto col terreno che potrebbe contenere batteri di origine animale potenzialmente patogeni (ad esempio Escherichia coli o Salmonella). D’Altra parte, i digestati di origine animale si caratterizzano per la presenza di nutrienti (ad esempio azoto, fosforo e potassio), di microelementi (ad esempio calcio, magnesio, ferro, zinco) e per la presenza di composti umici, che renderebbero i digestati particolarmente preziosi, se questi potessero essere utilizzati in pratiche agricole intensive, quali ad esempio le coltivazioni in serra.
Inoltre, i digestati risultano essere ricchi di composti lignocellulosici, molecole a base carboniosa, che non possono essere degradate mediante digestione anaerobica e che, quindi, si ritrovano tal quali all’uscita del biodigestore. Tali molecole costituiscono una potenziale fonte di carbonio, che potrebbe essere utilizzata dai microrganismi anaerobici nel biodigestore.
Alla luce di quanto sopra, appare evidente la necessità di poter disporre di un processo di trattamento del digestato capace di rimuovere buona parte dell’ammonio contenuto nel liquido trasferendo e fissando l’azoto nella fase solida, e che consenta di ottenere un prodotto che risulti essere pastorizzato, ossia privo della carica batterica, e quindi vendibile in agricoltura, anche biologica. Inoltre, si è verificata l’opportunità, tramite questa invenzione, di idrolizzare i composti lignocellulosici contenuti nel digestato liquido, al fine di ottenere nuovo substrato organico per la produzione di un ulteriore flusso di biogas, diminuendo in questo modo il fabbisogno di matrici in ingresso al biodigestore ed il relativo costo. L’invenzione di cui al presente brevetto vuole essere a emissioni zero, riutilizzando totalmente i materiali in ingresso al sistema, compresi i gas di scarico del motore, in modo che si inquadri in un’ottica di bio-sostenibilità, provvedendo al riutilizzo ed alla valorizzazione di matrici che allo stato attuale rappresentano un costo, non solo in termini economici ma anche ambientali.
In questo contesto viene ad inserirsi l’invenzione proposta, la quale si propone di fornire una metodologia di processo, nonché il relativo impianto tecnologico, finalizzato al trattamento del digestato al fine di ottenere concimi, sia solidi che liquidi, caratterizzati da elevati tenori di carbonio, di nutrienti (azoto e fosforo) micronutrienti e microelementi, e ulteriore substrato organico per la produzione di biogas, riutilizzabile all’interno del biodigestore, diminuendo in questo modo le matrici in ingresso e le matrici in uscita, ed i costi ad esse correlati.
Questi ed altri risultati sono ottenuti proponendo un processo e un impianto di trattamento dell’azoto presente nel digestato.
Il cuore dell’impianto è costituito da una torre di strippaggio, nella quale vengono convogliati e fatti circolare i fumi di scarico ad alta temperatura prodotti da un cogeneratore (ma qualora necessario può essere collegata ad una caldaia dedicata), per ottenere, fondamentalmente, quattro effetti: i) rimozione di una frazione dell’azoto ammoniacale dalla frazione liquida, ii) sterilizzazione della stessa frazione liquida, iii) idrolizzazione dei composti lignocellulosici in substrati biodisponibili ai batteri anaerobici (e.g. cellulosa e altri monomeri solubili), iv) concime sterilizzato e concentrato a seguito dell’evaporazione di gran parte dell’acqua contenuta nel digestato liquido trattato.
Tale riutilizzo della frazione liquida del digestato nel biodigestore ha come ulteriore vantaggio di riportare nel digestore anche il calore in essa contenuto, al fine di riscaldare il biodigestore, con evidente risparmio dell’energia termica prodotta in impianto.
Inoltre, la presente invenzione si propone di arricchire in azoto la frazione secca del digestato, reinserendo l’azoto ammoniacale strippato dalla frazione liquida in biofiltro realizzato con il digestato separato solido, per ottenere un fertilizzante solido di elevata qualità, nonché riducendo praticamente a zero le perdite di ammoniaca in atmosfera. Eventualmente, questa frazione secca può essere ulteriormente arricchita inserendo matrici organiche strutturanti e acide al fine di migliorare la capacità di legare l’azoto introdotto con i vapori in ingresso. Infine, tale frazione solida del digestato risulta essere sterilizzata da questo processo e dalla successiva digestione aerobica, essendo questa sottoposta per un periodo sufficientemente lungo ad elevata temperatura (durata e temperatura da raggiungere sono inversamente proporzionali), al fine di distruggere gli eventuali germi patogeni contenuti in essa.
Tale processo, secondo la presente invenzione, non determina, quindi, alcuna rimozione dell’azoto dal digestato in termini assoluti, bensì uno spostamento dalla frazione liquida (troppo carica di ammonio) a quella solida, sia in termini quantitativi che qualitativi, ovvero l’azoto passerà dalla forma ammoniacale (volatile) del digestato liquido alla forma organica nella fase solida, ottenendo un concime organico e biologico a più lento rilascio di azoto.
Scopo della presente invenzione è quindi quello di fornire un processo e un impianto di valorizzazione del digestato anaerobico in uscita da un impianto di produzione di energia da biogas; in particolare, il digestato in uscita, da refluo da smaltire diviene un fertilizzante vendibile e una nuova matrice organica riutilizzabile per alimentare il biodigestore.
Ulteriore scopo dell’invenzione è che il processo e l’impianto possano determinare una sostanziale riduzione dei costi di gestione del biodigestore mediante: i) riduzione dei costi di trattamento del digestato, ii) riduzione del quantitativo delle matrici in ingresso del biodigestore, che vengono ridotte grazie al riutilizzo del digestato trattato nel biodigestore, iii) nuovi ricavi derivanti dalla vendita dei fertilizzanti e iv) riutilizzo del calore dei fumi anche per riscaldare il digestore e, quindi, risparmio di energia termica altrimenti dispersa nell’ambiente.
Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di realizzare un processo e un impianto che siano sostanzialmente semplici, sicuri ed affidabili.
Forma pertanto un primo oggetto specifico della presente invenzione un procedimento per la valorizzazione del digestato anaerobico in uscita dagli impianti di produzione di energia da biogas, detti impianti di produzione di energia da biogas comprendendo un biodigestore atto a trattare una matrice organica e a produrre biogas e un digestato e un cogeneratore (o in alternativa una caldaia), alimentato dal biogas proveniente da detto biodigestore e atto a produrre energia e fumi di scarico; detto procedimento comprendendo le seguenti fasi:
- separazione del digestato proveniente da detto biodigestore per fornire una frazione liquida e una frazione solida;
- strippaggio dell’ammoniaca della frazione liquida ottenuta in detta fase di separazione mediante i fumi di scarico provenienti da detto cogeneratore, per ottenere un gas ricco di ammoniaca e vapore acqueo e una frazione liquida impoverita di ammoniaca;
- insufflazione della frazione solida ottenuta in detta fase di separazione mediante il gas ottenuto in detta fase di strippaggio per ottenere una frazione solida arricchita in ammoniaca e pastorizzata;
- prelievo di una prima parte di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca ottenuta in detta fase di strippaggio; e
- invio a detto biodigestore di una parte restante di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca ottenuta in detta fase di strippaggio.
Forma inoltre un secondo oggetto specifico della presente invenzione un impianto per la valorizzazione del digestato anaerobico in uscita dagli impianti di produzione di energia da biogas, detti impianti di produzione di energia da biogas comprendendo un biodigestore atto a trattare una matrice organica e a produrre biogas e un digestato e un cogeneratore (o in alternativa una caldaia), alimentato dal biogas proveniente da detto biodigestore e atto a produrre energia e fumi di scarico; detto impianto essendo caratterizzato dal fatto di comprendere:
- un separatore, alimentato dal digestato proveniente da detto biodigestore e atto a fornire una frazione liquida e una frazione solida;
- una torre di strippaggio, alimentata in testa dalla frazione liquida proveniente da detto separatore e sul fondo dai fumi di scarico provenienti da detto cogeneratore, e atta a produrre un gas ricco di ammoniaca e vapore acqueo e una frazione liquida impoverita di ammoniaca;
- un contenitore, alimentato dalla frazione solida proveniente da detto separatore e dal gas proveniente da detta torre di strippaggio e atta a fornire una frazione solida arricchita in ammoniaca e pastorizzata; e
- una tramoggia alimentata da parte di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca proveniente da detta torre di strippaggio e da cui detta frazione liquida viene raccolta come fertilizzante liquido; parte restante di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca proveniente da detta torre di strippaggio essendo destinata a detto biodigestore.
Preferibilmente, secondo la presente invenzione, detta torre di strippaggio comprende un serbatoio, di raccolta della frazione liquida proveniente da detto separatore, da cui detta frazione liquida viene inviata in testa a detta torre di strippaggio e a cui detta frazione liquida ritorna dopo aver attraversato detta torre di strippaggio e da cui detta frazione liquida viene nuovamente inviata in testa a detta torre di strippaggio oppure parte a detta tramoggia e parte a detto bioreattore.
Ancora più preferibilmente, secondo l’invenzione, detta frazione liquida da detto serbatoio viene inviata in testa a detta torre di strippaggio mediante una pompa, atta anche a triturare i residui solidi eventualmente presenti nella frazione liquida proveniente da detto separatore.
In particolare, secondo la presente invenzione, il gas proveniente da detta torre di strippaggio e inviato a detto contenitore viene miscelato con aria, per controllare la temperatura.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento all’esempio 1 e alle figure allegate, in cui:
- la figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un impianto di valorizzazione del digestato anaerobico in uscita da un impianto di produzione di energia da biogas secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione, e
- la figura 2 mostra uno schema a blocchi di un impianto di valorizzazione del digestato anaerobico in uscita da un impianto di produzione di energia da biogas secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione.
Facendo riferimento alla figura 1, un impianto di valorizzazione del digestato anaerobico in uscita da un impianto di produzione di energia da biogas secondo la presente invenzione comprende: un biodigestore 1, connesso a un cogeneratore 2, e a cui il biodigestore 1 invia il biogas prodotto, detto biodigestore 1 processando una matrice organica ed essendo connesso anche al separatore 3 a cui il biodigestore 1 invia il digestato in uscita detto separatore 3 separa il digestato ricevuto in frazione liquida e in frazione solida e le invia rispettivamente alla torre di strippaggio 4 e al contenitore 5, contenitore 5 che raccoglie la frazione solida di digestato e da cui detta frazione solida esce arricchita in ammoniaca e pastorizzata come fertilizzante 8; detta torre di strippaggio 4 comprende una porzione inferiore 401, in cui riceve, tramite una connessione idraulica, la frazione liquida del digestato dal separatore 3, e in cui riceve i fumi di scarico dal cogeneratore 2, una porzione superiore 402, e pareti laterali 413, ed è connessa idraulicamente con una tramoggia 6 da cui fuoriesce la parte processata della frazione liquida di digestato come fertilizzante liquido 7 ed è connessa anche con il biodigestore 1 a cui invia la parte della frazione liquida di digestato processata e destinata all’alimentazione del biodigestore 1.
Detto cogeneratore 2, comprende un motore endotermico 202, che produce fumi di scarico ad alta temperatura, e un tubo telescopico 201 che trasporta i detti fumi di scarico ad alta temperatura verso la detta porzione inferiore 401 della torre di strippaggio 4, e che è capace all’occorrenza di sganciare il sistema cogeneratore 2 dalla torre di strippaggio 4 quando quest’ultima è ferma o in manutenzione. I fumi presentano una temperatura media in uscita dal motore endotermico 202 del cogeneratore 2 compresa tra 280°C e 480°C, che diminuisce durante il percorso all’interno del tubo telescopico 201, fino a raggiungere una temperatura media compresa tra 260°C e 460°C all’ingresso della torre di strippaggio 4. I detti fumi vengono aspirati fino alla porzione superiore 402 della torre di strippaggio 4 per azione di una soffiante 403 posta a valle di detta torre di strippaggio 4 rispetto alla direzione del flusso dei detti fumi di scarico, che mette in leggera depressione la torre di strippaggio 4 e tutto il circuito di collegamento al cogeneratore 2, al fine di non soffocare il motore endotermico 202 del cogeneratore 2, causandone lo spegnimento.
La torre di strippaggio 4 comprende: un serbatoio 409, posto nella porzione inferiore 401, dove il digestato liquido proveniente dal separatore 3 viene raccolto fino a un valore di soglia stabilito, essendo munito di sensori di livello 414 che controllano la quantità di digestato raccolto affinché il liquido proveniente dal separatore 3 non superi tale valore di soglia; una pompa 404 che, successivamente al riempimento del serbatoio 409, manda la frazione liquida del digestato dal serbatoio 409 verso degli ugelli spruzzatori 406 posti nella porzione superiore 402 della torre di strippaggio 4 mediante tubi 405 per un opportuno tempo di ritenzione idraulico funzione sia della quantità di calore disponibile sia della efficienza di processo che si vuole raggiungere. In base alle caratteristiche del digestato da trattare; detti ugelli spruzzatori 406 spruzzano il digestato liquido verso degli scivoli posti all’interno della torre di strippaggio 4, che permettono di aumentare il tempo di contatto del film fluido che scorre su una pluralità di piatti di detta torre di strippaggio 4 con i fumi caldi del cogeneratore. Scorrendo sugli scivoli il digestato giungerà nel serbatoio 409 per essere nuovamente inviato agli spruzzatori; un tubo 410 che convoglia il gas ricco di ammoniaca e vapore acqueo dalla porzione superiore 402 della torre di strippaggio 4 verso il detto contenitore 5 che raccoglie la frazione solida del digestato proveniente dal separatore 3. A termine del ciclo di trattamento, una prima porzione 411 del digestato processato nella torre di strippaggio 4, a cui si è sottratto l’ammoniaca viene inviata verso la tramoggia 6 da cui viene raccolto il fertilizzante liquido 7; una seconda porzione 412 del digestato processato nella torre di strippaggio 4 viene convogliata verso il biodigestore 1.
Inoltre, la torre di strippaggio 4 comprende, in corrispondenza della parte superiore del serbatoio 409; un opportuno sistema di valvole di ingresso di aria ambiente, capace di garantire il funzionamento del sistema a pressione atmosferica.
Detta pompa 404 all’interno della torre di strippaggio 4 è in grado di:
- caricare il volume fino al livello soglia prestabilito e misurato dai sensori 414;
- triturare e riciclare il liquido per il tempo di ritenzione prestabilito (come detto in precedenza, essendo funzione del calore disponibile e del livello di efficienza che si vuole raggiungere, può essere di volta in volta variato) svuotare il sistema alla fine del ciclo;
- smuovere e triturare il materiale del fondo del serbatoio al fine di evitare la formazione di incrostazioni;
- effettuare un ciclo periodico di lavaggio con acqua, per evitare che il materiale essiccato otturi i tubi 405, gli ugelli spruzzatori 406 ed ogni altro organo eventualmente compreso all’interno della torre di strippaggio;
- triturare i residui solidi eventualmente presenti nel digestato proveniente dal separatore 3 (ad esempio paglia) per preparare l’idrolisi della lignina contenuta nella frazione liquida del digestato, e omogenizzare il prodotto.
Gli ugelli spruzzatori 406 diffondono uniformemente la frazione liquida di digestato sui piatti della torre presenti nella porzione superiore 402 della torre di strippaggio 4 favorendo la formazione di un film fluido che porta ai seguenti fenomeni:
- il contenuto di azoto ammoniacale passa allo stato gassoso in funzione del periodo di ritenzione prestabilito e delle temperature raggiunte;
- il digestato viene sterilizzato eliminando sostanzialmente ogni possibile batterio patogeno; - una buona quantità della frazione acquosa del digestato viene vaporizzata, e viene aspirata dall’alto, assieme all’azoto ammoniacale, per azione della soffiante 403, con conseguente concentrazione dei contenuti di macro e microelementi preziosi in agricoltura all’interno del fertilizzante liquido 7;
- le molecole di lignina e altre sostanze lignocellulosiche subiscono un processo di idrolisi e sono convertite in cellulosa e altri monomeri solubili.
Detta seconda porzione 412 di digestato processato dalla torre di strippaggio 4 raggiunge il biodigestore 1 mediante la stessa pompa trituratrice principale con un opportuno sistema di valvole pneumatiche che evita il contatto di detta seconda porzione 412 con altre matrici organiche prima dell’ingresso all’interno del biodigestore 1, in quanto il calore contenuto nel liquido trattato potrebbe sviluppare la reazione batterica anaerobica anche al di fuori del biodigestore 1 con conseguente perdita di biogas.
Detto contenitore 5 sottostante il separatore 3, riceve una portata di frazione solida di digestato giornaliera compresa tra il 10 e il 40% delle matrici in ingresso al biodigestore, e comprende: una porzione inferiore 501, una porzione superiore 503, pareti laterali 504 ed un portellone mobile.
Detto contenitore 5 è atto a contenere il materiale solido in uscita dal biodigestore per un numero di giorni predefinito per essere arricchito in ammoniaca e pastorizzato mediante l’insufflaggio della miscela di ammoniaca e vapore trasportata dal tubo 410 in uscita dalla torre di strippaggio 4 verso i detti tubi forati 502 che sono connessi alla soffiante 403. La temperatura del gas ricco in ammoniaca e vapore acqueo in uscita dalla torre di strippaggio 4 è compresa tra 80°C e 150°C, e viene abbassata tramite aggiunta di aria ambiente fino al raggiungimento di una temperatura compresa tra 60°C e 90°C. L’aria ambiente viene aggiunta anche al fine di fornire l’ossigeno necessario per attivare e alimentare la digestione aerobica del cumulo di digestato solido in caduta dal separatore 3. La reazione aerobica è esotermica e aiuta a mantenere una temperatura nel cumulo di circa 70°C, temperatura in cui avviene l’arricchimento in azoto e nutrienti e il processo di pastorizzazione del separato solido. Il cumulo di digestato solido sminuzzato in caduta dal separatore ha un’altezza compresa tra 1 e 5 metri. In questo modo il cumulo stesso costituisce un biofiltro che, attraverso il processo aerobico, intrappola l’azoto ammoniacale ed essicca i vapori in arrivo dalla soffiante 403. Il separato solido è insufflato per un periodo variabile tra 1 e 5 giorni, al termine dei quali è ricco di frazione organica e di tutti i micro e macro elementi necessari per la concimazione, si è arricchito dell’eccesso di azoto eliminato dalla frazione liquida, si è pastorizzato, e si è stabilizzato grazie alla reazione aerobica forzata dall’insufflazione continua di ossigeno e vapori caldi. Il portellone apribile 505 permette l’estrazione e la raccolta del concime azotato ottenuto.
Esempio 1. Impianto da 250kW elettrici
All’interno di un impianto di digestione anaerobica con digestore del volume di 3000 m<3 >per il trattamento di reflui zootecnici, portata giornaliera di 70 m<3 >(60 m<3 >di liquami bufalini 10 m<3 >di digestato idrolizzato, oppure 80 m<3 >di solo liquame bufalino) con cogeneratore da 250 Kw elettrici, è stata realizzata una torre di strippaggio in acciaio inossidabile di altezza 6 metri e diametro 1,5 metri dotata di un contenitore cilindrico di base per il trattamento di un metro cubo di digestato liquido per ogni ciclo di trattamento.
I fumi prodotti dal motore endotermico del cogeneratore contengono una quantità di calore sostanzialmente pari a 300kW/h termici e presentano una temperatura media in uscita dal motore di circa 400°C, che si riduce durante il percorso verso la torre di strippaggio fino a raggiungere una temperatura media di 320°C all’ingresso della torre di strippaggio. I fumi all’interno della torre di strippaggio sono aspirati dall’alto con l’utilizzo di un ventilatore di grossa portata capace di realizzare una depressione in torre di pochi mb e una pressione sotto il biofiltro di 200mb.
La torre di strippaggio, tutti i tubi e gli organi a contatto del materiale da trattare sono stati realizzati in acciaio inossidabile, al fine di resistere agli stress termici elevati, alla corrosività dei materiali da trattare, che sono ricchi di metalli e all’elevato potere corrosivo dei gas del motore.
L’impianto comprende anche un separatore a coclea, sovrastante il contenitore in calcestruzzo 5m x 5m x 5m con un lato apribile in acciaio inox per il trattamento della frazione palabile.
Alla torre di strippaggio può essere aggiunta una tramoggia capace di alimentare la linea di imbottigliamento del concime liquido concentrato in uscita dalla torre.
La pompa per la movimentazione del liquido deve essere trituratrice e capace di lavorare alle elevate temperature di esercizio del liquido da trattare (almeno 70°C). Il digestato liquido arriva per caduta nel serbatoio posto nella porzione inferiore della torre di strippaggio, che viene riempito fino a un volume di 1m<3>. Durante il ciclo di pastorizzazione, la pompa aspira dal fondo il liquido e lo rimanda in testa alla torre di strippaggio per un periodo tale da assicurare l’azzeramento delle cariche batteriche patogene nonché continua smuovere il fondo per evitare incrostazioni e ristagni.
- L’impianto comprende anche una serie di valvole pneumatiche comandate da un controllore logico programmabile (plc) collegato a vari sensori di livello e temperatura installati nella torre di strippaggio. Il sistema di controllo provvede ad utilizzare la stessa pompa prima per riciclare, poi per svuotare e poi per lavare la torre.
- La torre di strippaggio tratta in ingresso, giornalmente, circa 30m<3>/d di frazione liquida del digestato proveniente dal separatore. Le gocce di digestato in caduta nella torre di strippaggio, una volta raggiunti gli scivoli presenti all’interno della torre di strippaggio raggiungono una temperatura sostanzialmente pari a 110°C.
La quantità di concime liquido e matrice organica ottenuta per giorno in uscita dalla torre di strippaggio è di circa 23,04m<3>/d.
La quantità giornaliera in uscita dalla torre di strippaggio verso il biodigestore della frazione destinata al riutilizzo del digestato trattato e ricco in cellulosa era di circa 10m<3>/d. Iniettando il digestato liquido trattato nel biodigestore si è ottenuto un risparmio sostanzialmente pari al 25% delle matrici in ingresso a parità di energia prodotta.
Il tempo impiegato per il carico e lo scarico della torre di strippaggio è sostanzialmente pari a 8 minuti, mentre il tempo di ricircolo della frazione liquida all’interno della torre di strippaggio è sostanzialmente pari a 32 minuti.
Il separatore ha prodotto una quantità di digestato separato solido sostanzialmente pari a 18m<3>/d ed è stato caricato con sostanzialmente 70 m<3>/d, pari a circa 70000 kg di digestato al giorno. Il separato solido è stato accumulato nel contenitore in calcestruzzo e acciaio inox posto al di sotto del separatore e capace di contenere almeno 4 giorni di materiale solido in uscita dal biodigestore. Il contenitore è accessibile dall’esterno tramite il portello in acciaio inox che si apre una volta finito il ciclo e che permette di svuotarlo con un mezzo meccanico. La miscela di ammoniaca e vapore in uscita dalla torre di strippaggio è stata insufflata nei tubi forati presenti sul fondo del contenitore con una portata pari a circa 1160 m<3>/h. La temperatura del flusso di gas ricco in ammoniaca e vapore acqueo in uscita dalla torre di strippaggio risulta essere pari a 75-80°C, e aggiungendo aria ambiente, mantiene la temperatura nel cumulo sempre superiore a 70°C.
Il cumulo di digestato solido sminuzzato in caduta dal separatore è stato mantenuto ad un’altezza variabile tra 1 e 5m durante i 5 gg di trattamento.
Il separato solido è stato trattato per il periodo di esercizio del ciclo, al termine del quale è risultato ricco di frazione organica e di tutti i micro e macro elementi necessari per la concimazione, si è arricchito dell’eccesso di azoto eliminato dalla frazione liquida, si è pastorizzato, e si è stabilizzato grazie alla reazione aerobica forzata dall’insufflaggio continuo di ossigeno e vapori caldi. Quindi si estrae e si procede al confezionamento per la vendita.
Con questo processo si è ottenuta una rimozione dell’azoto ammoniacale nel digestato liquido pari a circa il 50%. Dell’azoto ammoniacale rimosso dalla frazione liquida la quasi totalità è stato inglobato nella frazione solida.
I concimi così ottenuti sono stati testati in serra ottenendo incrementi di produttività per mq variabili tra il 30% e il 70% a seconda delle condizioni di fertilità del terreno concimato. Inoltre, i concimi ottenuti sono stati capaci di ricostituire il necessario strato di sostanza organica fertile laddove la concimazione chimica aveva inertizzato le serre.
La frazione solida è stata infine utilizzata con successo per la lombricoltura, ottenendo concimi di elevata qualità, carichi di acidi umici e fulvici capaci di migliorare, in taluni casi anche per più del 100% la produttività dei terreni concimati.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per la valorizzazione del digestato anaerobico in uscita dagli impianti di produzione di energia da biogas, detti impianti di produzione di energia da biogas comprendendo un biodigestore (1) atto a trattare una matrice organica e a produrre biogas e un digestato e un cogeneratore (2) (o in alternativa una caldaia), alimentato dal biogas proveniente da detto biodigestore (1) e atto a produrre energia e fumi di scarico; detto procedimento comprendendo le seguenti fasi: - separazione del digestato proveniente da detto biodigestore (1) per fornire una frazione liquida e una frazione solida; - strippaggio dell’ammoniaca della frazione liquida ottenuta in detta fase di separazione mediante i fumi di scarico provenienti da detto cogeneratore (2), per ottenere un gas ricco di ammoniaca e vapore acqueo e una frazione liquida impoverita di ammoniaca; - insufflazione della frazione solida ottenuta in detta fase di separazione mediante il gas ottenuto in detta fase di strippaggio per ottenere una frazione solida arricchita in ammoniaca e pastorizzata; - prelievo di una prima parte di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca ottenuta in detta fase di strippaggio; e - invio a detto biodigestore (1) di una parte restante di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca ottenuta in detta fase di strippaggio.
  2. 2) Impianto per la valorizzazione del digestato anaerobico in uscita dagli impianti di produzione di energia da biogas, detti impianti di produzione di energia da biogas comprendendo un biodigestore (1) atto a trattare una matrice organica e a produrre biogas e un digestato e un cogeneratore (2) (o in alternativa una caldaia), alimentato dal biogas proveniente da detto biodigestore (1) e atto a produrre energia e fumi di scarico; detto impianto essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - un separatore (3), alimentato dal digestato proveniente da detto biodigestore (1) e atto a fornire una frazione liquida e una frazione solida; - una torre di strippaggio (4), alimentata in testa dalla frazione liquida proveniente da detto separatore (3) e sul fondo dai fumi di scarico provenienti da detto cogeneratore (2), e atta a produrre un gas ricco di ammoniaca e vapore acqueo e una frazione liquida impoverita di ammoniaca; - un contenitore (5), alimentato dalla frazione solida proveniente da detto separatore (3) e dal gas proveniente da detta torre di strippaggio e atta a fornire una frazione solida arricchita in ammoniaca e pastorizzata; e - una quantità in uscita di fertilizzante liquido (7) costituita da parte di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca proveniente da detta torre di strippaggio (4); la parte restante di detta frazione liquida impoverita di ammoniaca proveniente da detta torre di strippaggio (4) essendo destinata a detto biodigestore (1).
  3. 3) Impianto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta torre di strippaggio (4) comprende un serbatoio (409), di raccolta della frazione liquida proveniente da detto separatore (3), da cui detta frazione liquida viene inviata in testa a detta torre di strippaggio (4) e a cui detta frazione liquida ritorna dopo aver attraversato detta torre di strippaggio (4) e da cui detta frazione liquida viene nuovamente inviata in testa a detta torre di strippaggio (4) oppure parte a detta tramoggia (6) e parte a detto bioreattore (1).
  4. 4) Impianto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta frazione liquida da detto serbatoio (409) viene inviata in testa a detta torre di strippaggio (4) mediante una pompa (404), atta anche a triturare i residui solidi eventualmente presenti nella frazione liquida proveniente da detto separatore (3).
  5. 5) Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-4, caratterizzato dal fatto che in gas proveniente da detta torre di strippaggio (4) e inviato a detto contenitore (5) viene miscelato con aria.
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