La rimozione dei composti azotati dai reflui zootecnici: un vademecum l’avvio del processo

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I reflui di origine zootecnica identificati con codice CER 02.01.06 rappresentano sempre più un problema di smaltimento rifiuti, considerando le sempre più stringenti normative in campo ambientale.

L’elevato tenore di nutrienti, principalmente N e P, presenti in questa tipologia di rifiuti ha fatto sì che in passato essi fossero riutilizzati in campo agronomico come fertilizzanti a basso costo.

A seguito della Direttiva Nitrati 91/676/CEE , recepita dalla successiva normativa italiana tramite il decreto legislativo 11 maggio 1999, n. 152 e il decreto ministeriale 7 aprile 2006, il riutilizzo agronomico e quindi lo spandimento sui terreni è stato fortemente limitato : tali normative, applicate dalle Regioni, hanno previsto l’individuazione delle Zone Vulnerabili da Nitrati, fissando il limite massimo di spandimento a 170 kg di azoto per ettaro, e la definizione dei Programmi d’Azione.

La Regione Campania, presa in considerazione nello studio effettuato, ha individuato nel 2019 circa 316000 ha come ZVN: da ciò, considerando le zone destinate all’edificazione, deriva che il terreno destinato all’uso agricolo, e quindi sul quale è possibile riutilizzare i reflui zootecnici, è fortemente ridotto, aumentando quindi le superfici necessarie per far sì che tale riutilizzo avvenga nel rispetto delle normative vigenti.

Da ciò deriva inoltre che sversamenti non autorizzati, o che non avvengono rispettando la normativa vigente, producono fenomeni di inquinamento delle matrici ambientali (eutrofizzazione dei corpi idrici) con ripercussioni anche sulla salute umana, legati all’incapacità delle colture e quindi del terreno di smaltire i nutrienti in eccesso, andando incontro a fenomeni quali la lisciviazione dei nitrati o la percolazione in falda.

Da tale problematica è stato condotto uno studio sperimentale presso il laboratorio di ingegneria sanitaria dell’Università di Cassino nel quale si è avviato in scala pilota un reattore di nitrificazione- denitrificazione combinata (Fig. 1), riproducendo un reattore SBR esistente nella Provincia di Caserta, fornendo un vademecum per l’avvio di tali processi, il cui obiettivo principale è quello di ridurre la percentuale di Azoto totale in uscita dal

trattamento al fine di rendere possibile lo smaltimento dei reflui su superfici di terreno minori rispetto a quelle necessarie per un refluo non trattato.

Per la sperimentazione è stata usata la frazione liquida del digestato proveniente dai digestori anaerobici di un impianto di produzione di biogas a partire da reflui zootecnici, a pH pari a 8 e la cui concentrazione di Azoto totale è stata rilevata pari a circa 1000 mg/l, ed è stato previsto un inoculo proveniente da un impianto a fanghi attivi per refluo civile, per aiutare la fase di avvio del processo.

La fase sperimentale, dalla durata di circa 100 giorni, ha previsto il monitoraggio giornaliero di pH, O2, nonché il prelievo di campioni sia dalla vasca di nitrificazione che di denitrificazione per lo svolgimento di analisi per rilevare la concentrazione di nitriti, nitrati, azoto ammoniacale e azoto totale.

Casella di testo: Figura 1 - Reattore in scala pilota e sistema di ricircolo

Le vasche del processo sono state messe in connessione mediante un sistema di ricircoli azionati da un timer e fatti variare, in tempo e numero, con l’aumentare delle ricariche di digestato da trattare all’avanzare del processo.

La prima fase con un HRT di 40 giorni ha previsto n.1 ricarica giornaliera di digestato diluito 1:10, pertanto 100 mg/l di N-NH4+ in ingresso nella vasca di denitrificazione. Per i successivi 40 giorni la diluzione 1:5 ha raddoppiato il carico di N-NH4+ in ingresso; il numero di ricariche è stato poi aumentato a n.2 / giorno prevedendo per 20 giorni 400 mg/l di N-NH4+ da trattare, successivamente raddoppiato, sfruttando n.4 ricariche/giorno per 10 giorni. Nell’ultima fase del processo il digestato è stato fornito alle vasche di trattamento senza diluizione, prevedendo quindi n. 4 ricariche giorno da circa 1000 mg/l di N-NH4+ in ingresso, al fine di valutare l’efficienza finale del processo.

Durante la fase sperimentale si è riscontrato che l’elevata concentrazione di N-NH4+ da trattare ha causato una inibizione al processo stesso, soprattutto nella fase iniziale, in cui si è registrata una concentrazione crescente di nitriti che non venivano convertiti in nitrati nella vasca di nitrificazione. Tale inibizione è stata ripristinata diminuendo il numero di ricariche giornaliere, e quindi diminuendo la concentrazione di N-NH4+ da trattare e monitorando che i valori di pH, nonché la concentrazione di Ossigeno disciolto nelle rispettive vasche fosse quella richiesta dal processo (in nitrificazione O2 =8 mg/l e in denitrificazione < 0.1 mg/l).

L’efficienza del processo per quanto riguarda la riduzione dei composti azotati in uscita dal processo così elaborato è stata riscontrata pari al 60%, quindi con un’altrettanta consistente diminuzione dei terreni da reperire sui quali effettuare lo spandimento, rispettando i limiti imposti dalla normativa vigente.

La rimozione dei composti azotati, dall’esecuzione di ulteriori prove riguardanti lo strippaggio dell’azoto ammoniacale, è totalmente attribuibile al processo biologico sviluppato, poiché si è riscontrato che il fenomeno di stripping dell’azoto ammoniacale avviene con più facilità in reflui con pH=9 – 10.

Da tale studio effettuato si è riscontrata quindi la possibilità di avviare un processo biologico su reflui zootecnici al fine di ridurne la concentrazione di inquinanti (principalmente azoto ammoniacale) per favorire un riutilizzo agronomico del digestato, arrivando anche a una diminuzione considerevole di nutrienti- inquinanti al termine del processo, con notevoli vantaggi ambientali. Gli svantaggi sono essenzialmente legati alle lunghe tempistiche del processo, migliorabili, tuttavia, mediante l’inserimento di supporti in materiale plastico “ carrier” per favorire l’adesione della biomassa, riducendo anche i volumi necessari, e alla variabilità del processo stesso, necessitando di monitoraggio continuo dei parametri fondamentali ( pH e O2 ); tuttavia l’economicità del processo biologico e l’efficienza dello stesso rappresenta una valida soluzione al problema della elevata concentrazione dei composti azotati nei reflui zootecnici, trasformando un rifiuto in una importante risorsa riutilizzabile sia in campo energetico per la produzione di biogas che in campo agronomico, limitando l’utilizzo di fertilizzanti chimici.

Marta De Rosa

(Tesi di laurea magistrale in ingegneria dell’ambiente e del territorio presso l’Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale.

Titolo tesi: Rimozione dei composti azotati dai reflui zootecnici)