IT9020672A1

IT9020672A1 - Metodo e composizione per il trattamento di deiezioni animali

Info

Publication number: IT9020672A1
Application number: IT020672A
Authority: IT
Inventors: Leonardo Cappelletti; Emilio Cerchiari
Original assignee: Gnosis Srl
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1991-12-18
Also published as: DE69112718D1; IT9020672A0; IT1248885B; EP0462516B1; EP0462516A1

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale

La presente invenzione riguarda il trattamento delle deiezioni animali, in particolare quelle risultanti dagli allevamenti zootecnici (ovini, bovini, suini, pollame, ecc.).

Nella descrizione che segue si farà spesso riferimento specifico alle deiezioni degli allevamenti suinicoli, in quanto costituiscono uno dei materiali di più difficile trattamento, ma resta inteso che ciò non deve essere considerato in senso limitativo dell'ambito della presente invenzione.

E’ ben noto che le deiezioni animali, specialmente dei suini, sono in gran parte in forma liquida o semiliquida e presentano una carica inquinante altissima.Nel caso dei suini, che normalmente vengono allevati in spazi relativamente ristretti, il carico inquinante organico dei liquami raggiunge facilmente valori di BOD5 di centinaia di migliaia di unità. Se poi si tiene conto che ciascun suino in media produce circa 10 kg/giorno di deiezioni, è evidente che i volumi giornalieri di liquami da smaltire già a livello di un allevamento di media grandezza (dell’ordine di alcune migliaia di capi) sono più che rilevanti.

La loro depurazione per via biologica, che è l’unica finora teoricamente attuabile, pone problemi molto gravi, in quanto per rendere possibile il loro trattamento queste deiezioni devono essere diluite con grandi volumi di acqua per cui la potenzialità dell'impianto di depurazione biologica deve essere molto grande con gli evidenti problemi anche solo dal punto di vista degli investimenti per la costruzione e dei costi di esercizio.

D’altro canto, l’unica altra alternativa al predetto tipo di trattamento, vale a dire il trasporto delle deiezioni verso aree in grado di accettare il loro spandimento in superficie allo stato tal quale, è nella pratica inaccettabile, sia per l’impatto ambientale (inquinamento delle falde acquifere e miasmi) sia per i costi di trasporto elevati specialmente in zone fittamente popolate come la valle padana, che impongono il trasporto a grande distanza.

Finora quindi gli allevatori hanno smaltito queste deiezioni mediante spandimento su terreno agricolo adiacente al’allevamento (ed utilizzato pertanto solo come discarica) con permanenza del liquame in vasche o lagune di raccolta temporanea (con relativi problemi di inquinamento delle falde e di miasmi).

Accanto al problema della carica inquinante delle deiezioni, per quanto attiene agli allevamenti non va dimenticato quello dell’igiene e del comfort ambientale sia degli animali che degli addetti aU’allevamento.

E’ ben noto infatti che, quando gli animali sono allevati in ambienti chiusi o comunque recintati e delimitati, risulta necessario procedere periodicamente ad una pulizia nel corso della quale non soltanto vengono rimosse le deiezioni accumulate ma si sostituisce anche lo strato di paglia, segatura e simili che forma la cosiddetta lettiera.

E’ evidente che questi problemi anche in conseguenza delle regolamentazioni sempre più rigide sulla protezione ambientale condizionano pesantemente le potenzialità dell'allevamento zootecnico.

Prima di illustrare gli scopi e gli aspetti essenziali della presente invenzione appaiono opportune alcune considerazioni preliminari.

La depurazione biologica dei liquami (come pure delle acque reflue sia urbane che industriali) è basata sull’attività di microorganismi che si sviluppano ed operano in condizioni fortemente aerobiche, dando origine a fanghi di risulta contenenti sia l'eccesso di biomassa che i componenti inorganici della carica inquinante. Questi fanghi devono a loro volta essere eliminati, anche se la sostanziale assenza di carico inquinante organico rende questo compito più agevole.

Tuttavia l’eliminazione di questi fanghi, sia mediante spandimento su terreni agricoli sia per disidratazione e combustione, pone problemi e comunque aumenta in misura non trascurabile i costi di depurazione che ovviamente incidono sui costi generali industriali.

Accanto ai procedimenti biologici di tipo aerobico sono da molto tempo noti anche metodi di depurazione anaerobica, capaci di risolvere il carico inquinante di qualsiasi liquame questi metodi sarebbero molto adatti al caso delle deiezioni animali in quanto i microorganismi responsabili dell’attività di abbattimento dei componenti organici inquinanti operano in sostanziale assenza di ossigeno e quindi risulta non necessaria l’aerazione dei liquami. Anche in questo caso, tuttavia, sussistono problemi sostanzialmente insormontabili che rendono inaccettabile ('applicazione di tale metodo al trattamento delle deiezioni animali.

In primo luogo l’anaerobicità del metodo impone che i liquami siano introdotti in un ambiente chiuso (sia esso una fossa ricavata nel terreno od un tino o serbatoio) con gii evidenti problemi dati i volumi di deiezioni da trattare.

In secondo luogo l’eliminazione sostanziale della carica inquinante organica richiede tempi molto lunghi, dell’ordine di parecchie settimane, per cui la loro applicazione diviene industrialmente inaccettabile.

Quest’ultimo problema ha anche reso inattuabili i cosiddetti procedimenti mist risultanti dalla combinazione di una prima fase di natura aerobica e di una seconda fase di natura anaerobica.

Resta infine da osservare che in ogni caso la depurazione dei liquami provenienti dagli allevamenti zootecnici non ha mai tenuto conto od anche preso in considerazione l’altro problema sopra accennato degli allevamenti zootecnici, vale a dire la situazione di igiene e comfort degli ambienti di allevamento.

Questi ultimi sono stati infatti affrontati separatamente, proponendo grigliature e simili elementi divisori atti a consentire lo scarico delle deiezioni, in particolare quelle di tipo liquido, in pozzi o collettori di raccolta, per essere poi rimossi e trasferiti alla depurazione. Ciò, tuttavia non ha risolto il problema delle lettiere, che rimanevano umide e sporche, per cui rimaneva invariata la necessità di un loro rinnovo frequente.

E’ infine degno di nota il fatto che nelle deiezioni animali e quindi nelle lettiere sono presenti microorganismi autoctoni i quali, in tempi molto lunghi paragonabili a quelli della depurazione o digestione anaerobica sopra accennata, possono operare una lenta depurazione o più precisamente una degradazione delle deiezioni in questione, con un meccanismo assimilabile a quanto avviene nelle letamaie tradizionali.

Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un metodo in virtù del quale tutti i problemi sopra brevemente puntualizzati vengano sostanzialmente risolti in modo industrialmente vantaggioso e tecnicamente soddisfacente.

E’ stato sorprendentemente trovato è costituisce l’oggetto principale della presente invenzione che se le deiezioni animali vengono mescolate con una biomassa lignocellulosica in forma di particelle separate (trucioli, segatura e simili) e questa miscela viene irrorata con una composizione nutriente di attivazione, capace di favorire e sostenere lo sviluppo dei microorganismi naturalmente presenti nelle deiezioni, nella miscela avviene una fermentazione di tipo aerobico con degradazione delle feci e delle urine a composti più semplici e facilmente degradabili, detta fermentazione avendo luogo con forte sviluppo di calore.

Nella forma di realizzazione preferita del metodo secondo la presente invenzione detta fermentazione aerobica è seguita da una fermentazione anaerobica endotermica che agisce sui detti prodotti risultanti dalla degradazione delle feci e delle urine effettuata nel corso di detta fermentazione aerobica.

In particolare, nell’ambito di detta forma di realizzazione preferita dette due fermentazioni, rispettivamente aerobica ed anaerobica, vengono effettuate in successione spaziale in un unico letto di fermentazione costituito da particelle lignocellulosiche, in modo che detta prima fermentazione aerobica avvenga nello strato superiore di detto letto mentre detta fermentazione anaerobica avviene nella parte inferiore di detto letto nel quale passano per percolazione naturale i composti di degradazione delle feci e delle urine risultanti da detta fermentazione aerobica.

Per quanto riguarda la composizione nutriente di attivazione, che costituisce anch’essa un oggetto della presente invenzione, essa si caratterizza per il fatto di comprendere, quali componenti essenziali:

a) una fonte di carbonio metabolizzabile o fermentescibile, scelta tra zuccheri semplici e complessi, acidi organici e loro sali ed alcooli;

b) una fonte di azoto assimilabile da parte dei microorganismi presemi nelle deiezioni,sceIta tra sali ammoniacali (urea inclusa) e proteine solubili;

c) una fonte di fosforo in forma di sali minerali,

detta composizione essendo inoltre caratterizzata dal fatto che i componenti (a) e (b) danno luogo ad un rapporto C:N compreso tra 2:1 e 3:1.

Nella forma di realizzazione preferita della composizione nutriente di attivazione secondo la presente invenzione la stessa comprende anche una o più vitamine scelte tra quelle che favoriscono la crescita dei predetti microorganismi presente nelle deiezioni animali e/o sali minerali.

Un aspetto essenziale del metodo della presente invenzione risiede nel fatto che il detto letto di fermentazione, sia durante che al termine di un ciclo di trattamento delle deiezioni, si presenta in superficie sostanzialmente asciutto ed in forma di particelle assimilabili ad un terriccio e facilmente scorrevoli, cosicché risulta agevole mescolare lo stesso con altre deiezioni animali per ripetere un nuovo ciclo di depurazione oppure, dopo un certo numero di cicli che può coprire un periodo di svariati mesi od anche un anno,, asportare uno strato superficiale del letto (utilizzabile come concime od integratore agricolo).

Inoltre sono sostanzialmente assenti gli odori sgradevoli altrimenti costanti nei recinti e nelle stalle di allevamento, specialmente nel caso degli allevamenti suinicoli.

Un ulteriore aspetto vantaggioso del metodo secondo la presente invenzione risiede nel fatto che il ciclo completo di depurazione di una carica di liquami o deiezioni ha una durata massima di una settimana ed in aggiunta dal trattamento di depurazione non risultano fanghi ma soltanto acqua, metano gassoso che trova naturalmente sfogo all'esterno e una modesta quantità di sali minerali solidi in quanto insolubili.

Nel caso in cui si vogliano rendere più frequenti i cicli di depurazione, ad esempio per fronteggiare rilevanti quantità di deiezioni, si può ottenere dalla fermentazione un percolato non completamente depurato, avente tuttavia una carica inquinante di alcune migliaia di unità di BOD che rientrano agevolmente nelle capacità e potenzialità di un normale impianto di depurazione biologica.

Vengono ora forniti alcuni esempi di composizione nutriente di attivazione, restando inteso che questi esempi non hanno funzione di limitazione.

Negli esempi che seguono le quantità indicate riguardano un chilogrammo di composizione che per l’applicazione deve essere in forma liquida per consentire l’irrorazione distribuita della superficie del letto di fermentazione; ovviamente la composizione può essere preparata in forma solida ed essere successivamente diluita con acqua all’atto dell’utilizzazione.

Esempio 1

zuccheri riducenti (essenzialmente destrosio) g 240-260

acido lattico g 90 - 95

proteine solubili* g 170 - 180

sali minerali** g 65 - 75

vitamine*** g 0,20-0,25

acqua g 370 - 390

*Come proteine solubili si intendono quelle contenenti i seguenti amminoacidi:arginina,istidina, lisina, fenilalanina,tirosina,leucina,isoleucina, metionina, cistina, valina, alanina, glicina, prolina, acido glutammico, treonina, acido aspartico, serina.

**In una composizione tipica di sali minerali, questi contengono 12-13 g di fosforo, 100-200 ppm di ferro, 2-3 ppm di rame, 20-30 ppm di manganese ed 80-150 ppm di zinco.

***Come vitamine adatte all'uso nelle composizioni nutrienti della presente invenzione si intendono le seguenti: tiamina, riboflavina, acido folico, vitamina B12, colina, biotina, mioinositolo, piridossina, acido p-aminobenzoico, nicotinammide, acido pantotenico.

Esempio 2

zuccheri riducenti g 210

sodio lattato g 90

proteine solubili g 172

sali minerali g 77

vitamine g 0,20

acqua g 440.

Esempio 3

zuccheri riducenti g 210

zuccheri complessi g 300

acido lattico g 125

proteine solubili g 260

sali minerali g 105

vitamine g 0.30 - 0,35

Il metodo di trattamento secondo la presente invenzione si presta all’applicazione sia all’interno del'allevamento che all’esterno.

In entrambi i casi si prepara un letto di fermentazione costituito da particelle di materiale lignocellulosico, come residui legnosi asciutti, paglia triturata, segatura, trucioli di legno, residui della lavorazione del riso, potature macinate, ecc. od anche altro materiale inerte, ad esempio materiali di natura inorganica e preferibilmente poroso come vermiculite, chamotte, pomice e simili.

Quando il metodo della presente invenzione viene attuato in due stadi o fasi spazialmente susseguenti, questo letto di fermentazione ha di preferenza uno spessore non inferiore a 70 cm e di preferenza compreso tra 90 e 150 cm. Lo strato superficiale del letto viene mescolato con il volume di deiezioni da trattare, dopodiché si procede ad irrorare la superficie del letto di fermentazione con la composizione nutriente di attivazione, ad esempio come quelle precedentemente esemplificate in quantità da 0,2 ad Ig/mg.

Nel giro di alcune ore ha inizio nello strato superficiale e per uno spessore dell'ordine di un terzo del’altezza del letto di fermentazione una fermentazione aerobica segnalata da un rapido aumento della temperatura che nel giro di poche ore si porta a valori dell'ordine di 50C.

A mano a mano che le feci e le urine, sotto l'attacco dei microorganismi presenti nelle feci ed attivati dalla predetta composizione, vengono degradate a prodotti più semplici, percolano agli strati sottostanti del letto di fermentazione dove avviene una fermentazione di tipo anaerobico dalla quale rimane in ultimo solo acqua, anidride carbonica e metano, nonché sali minerali insolubili in acqua che si raccolgono al di sotto del letto di fermentazione.

Ad intervalli regolari, della durata di una settimana circa, la superficie della lettiera viene lavorata, ad esempio con un erpice,al fine di ossigenare la parte superficiale nella quale viene poi mescolata sotterrandola la carica di deiezioni da trattare. La superficie viene quindi irrorata con la composizione nutriente di attivazione.

Con siffatto letto di fermentazione è possibile ripetere il ciclo di trattamento per periodi che possono arrivare a 12 mesi e più, dopo di che lo strato superficiale per uno spessore di 25-30 cm. viene asportato e sostituito con materiale lignocellulosico freso.

Lo strato superficiale raschiato via è molto simile ad un terriccio asciutto e può essere usato come concime organico of integratore del terreno, specialmente in orticoltura.

L’analisi media del materiale appena asportato dal letto di fermentazione è la seguente:

umidità 50 - 60 %

protidi grezzi 6 - 8 %

fibra grezza 20 - 30 %

ceneri 7 - 10 %

pH 6,5- 7

Con il metodo della presente invenzione si ottengono inoltre altri vantaggi: -L’ambiente di allevamento risulta nettamente migliorato dal punto di vista del benessere degli animali e degli addetti all’allevamento.

-Gli odori sono quasi completamente eliminati.

-Dallo stadio di fermentazione aerobica viene generato calore (nella misura di 2-3 Kcal per grammo di lettiera), il quale può essere ricuperato e sfruttato ad esempio per le esigenze energetiche del’allevamento.

-Il lavoro degli addetti all'allevamento viene alleviato in misura sostanziale, in quanto non è più necessario procedere alla pulizia quotidiana ed al rinnovo della lettiera, quanto questa sia costituita dallo stesso letto di fermentazione. Un ulteriore vantaggio risiede nella possibilità di esaurire in breve tempo e quindi eliminare le usuali lagune di raccolta delle deiezioni, adottate in quasi tutti gli allevamenti per l’eliminazione graduale di queste lagune è sufficiente costruire nei pressi della laguna da trattare un letto di fermentazione del tipo sopra delineato e procedere con i cicli di trattamento sopra descritti.

L'invenzione è stata descritta in relazione ad una forma di realizzazione preferita, fermo restando che modifiche e varianti concettualmente e meccanicamente equivalenti sono possibili e prevedibili, senza uscire dal suo ambito.

Ad esempio e come già accennato, si può operare la fermentazione aerobica senza quella anaerobica immediatamente susseguente, trasferendo i fanghi parzialmente trattati ad una unità separata di depurazione, come liquame da depurare.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il trattamento di deiezioni animali, caratterizzato dal fatto che le deiezioni vengono mescolate con un materiale inerte in forma particellare e la miscela viene irrorata con una composizione nutriente di attivazione, capace di promuovere o favorire lo sviluppo dei microorganismi naturalmente presenti nelle deiezioni, dopo di che si lascia avvenire una fermentazione con sviluppo di calore nella miscela fino a degradazione delle sostanze componenti le feci e le urine a prodotti più semplici.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto materiale inerte è materiale lignocellulosico.
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto materiale lignocellulosico è scelto tra residui legnosi, paglia triturata, segatura, trucioli di legno, residui della lavorazione del grano e del riso e potature macinate.
4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta composizione nutriente di attivazione comprendente una fonte di carbonio metabolizzabile o fermentescibile, una fonte di azoto assimilabile ed una fonte di fosforo sotto forma di sale minerale.
5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta composizione nutriente contiene inoltre vitamine ed eventualmente altri sali minerali.
6. Metodo per il trattamento di deiezioni animali, caratterizzato dal fatto che le deiezioni vengono mescolate con lo strato superficiale di un letto di fermentazione costituito da materiale inerte, la cui superficie viene irrorata con una composizione nutriente di attivazione capace di promuovere e favorire la crescita dei microorganismi naturalmente presenti nelle feci, dopo di che si lascia avvenire una fermentazione aerobica nella porzione superiore di detto letto di fermentazione, mentre nella porzione sottostante dello stesso letto di fermentazione avviene una fermentazione anaerobica, fino alla mineralizzazione almeno parziale dei prodotti di decomposizione delle feci e delle urine dovuta a detta fase di fermentazione aerobica.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta fermentazione aerobica avviene nel terzo superiore di detto letto di fermentazione con sviluppo di calore, mentre detta fermentazione anaerobica avviene con assorbimento di calore nei restanti due terzi di detto letto di fermentazione.
8. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto materiale inerte è materiale lignocellulosico scelto tra residui legnosi, paglia triturata, segatura, trucioli di legno, residui della lavorazione del grano e del riso e potature macinate.
9. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta composizione nutriente di attivazione comprende una fonte di carbonio metabolizzabile o fermentescibile.una fonte di azoto assimilabile ed una fonte di fosforo sotto forma di sale minerale.
10.Metodo secondo la rivendicazione 9, caratteerizzato dal fatto che detta composizione nutriente comprende inoltre vitamine e sali minerali in aggiunta a quelli di fosforo.
11. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che ad intervalli di tempo prestabiliti lo strato superficiale di detto letto di fermentazione viene aerato e mescolato con una nuova carica di deiezioni da depurare, procedendo quindi all’irrorazione con detta composizione nutriente di attivazione.
12.Metodo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto intervallo di tempo prestabilito è di una settimana.
13.Metodo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che dopo un numero di cicli prestabilito, lo strato superiore di detto letto di fermentazione, corrispondente alla parte di letto interessata dalla fermentazione aerobica, viene asportato e rimboccato con nuovo materiale di supporto lignocellulosico.
14. Composizione nutriente di attivazione atta ad essere utilizzata nel metodo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal comprendere una fonte di carbonio metabolizzabile o fermentescibile, una fonte di azoto assimilabile ed una fonte di fosforo sotto forma di sale minerale.
15.Composizione secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detta fonte di carbonio è scelta tra zuccheri, semplici e complessi, acidi organici e loro sali, ed alcooli.
16. Composizione secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detta fonte di azoto assimilabile è scelta tra i sali ammoniacali, inclusa l'urea, e le proteine solubili.
17.Composizione secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detti componenti assicurano un rapporto C:N compreso tra 2:1 e 3:1.
18.Composizione secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal comprendere in aggiunta vitamine.
19.Composizione secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre sali minerali diversi dal sale di fosforo.