Estrazione di Struvite dai liquami suini

Per raggiungere gli obiettivi prefissati il Go ha progettato e realizzato un sistema prototipale, a scala aziendale, in grado di produrre ed estrarre struvite dagli effluenti e digestati zootecnici. Attraverso la produzione di struvite non solo si recupera l’azoto, ma anche il fosforo, di cui i liquami suinicoli possiedono elevate dotazioni. La produzione dei concimi azotati si ottiene su larga scala partendo dalla sintesi industriale dell’ammoniaca, utilizzando come reagenti azoto molecolare (79% dell’atmosfera) e idrogeno (da metano e acqua), sfruttando il processo Haber-Bosch. A differenza della produzione industriale dei fertilizzanti azotati, che può essere considerata un segmento di una linea circolare chiusa, la produzione dei concimi fosfatici rappresenta un segmento di una linea retta: il fosforo a fine ciclo non ritorna nelle rocce fosfatiche. Il progressivo esaurimento della materia prima, in particolar modo delle rocce a più elevato tenore di anidride fosforica, già classificate come elemento raro (Ifdc, 2010), porterà ad un sostanziale incremento di prezzo e di difficoltà di approvvigionamento dei concimi a base di fosforo. L’impiego, inoltre, della struvite al posto di concimi chimici evita le emissioni di gas serra che sarebbero derivate dalla loro produzione industriale.

Il prototipo realizzato dal Go è stato installato presso l’Azienda agricola Colombaro, che sottopone i propri liquami suinicoli in uscita dalle stalle al processo di digestione anaerobica con produzione di biogas. Allo stesso tempo, la digestione anaerobica comporta la mineralizzazione di parte dell’azoto organico presente nei reflui in azoto ammoniacale (N-NH4+) e di parte del fosforo organico ad ortofosfato inorganico (PO43-). Pertanto il digestato, in uscita dalla digestione anaerobica, è una matrice ottimale da avviare al processo innovativo di recupero di azoto e fosforo per precipitazione e cristallizzazione di struvite.

Il prototipo è costituito da due sezioni: una prima sezione di pretrattamento dell’effluente e da un successivo reattore di precipitazione e cristallizzazione della struvite . La prima sezione di pretrattamento prevede l’eventuale aggiunta di acido e fitasi per incrementare la frazione minerale di fosforo (ortofosfato), già naturalmente presente nei liquami suinicoli digeriti. L’enzima fitasi può essere addizionato già alle diete dei suini per favorire la degradazione del fosforo fitinico presente negli alimenti ed incrementarne l’assimilazione a livello intestinale, specialmente in ambiente acido. La seconda sezione si compone di un reattore cilindrico di cristallizzazione, concentrico ad un reattore a cono rovesciato in cui avviene la successiva fase di precipitazione della struvite. La struvite viene scaricata dal fondo mentre lo scarico del surnatante chiarificato avviene attraverso l’estremità superiore. Nel reattore di cristallizzazione può essere aggiunto sale di magnesio, nel caso sia necessario aumentare la concentrazione di ione magnesio per garantire i rapporti stechiometrici ottimali alla cristallizzazione della struvite. Una soffiante insuffla aria tramite una coppa porosa all’interno del reattore cilindrico di cristallizzazione con la duplice funzione di miscelare i reagenti ed incrementare il pH attraverso lo strippaggio della CO2. Un pH basico del refluo è infatti necessario per la precipitazione della struvite. Nel caso l’aereazione non risultasse sufficiente ad ottenere il pH ottimale di 8,5-9, è previsto un sistema automatico di innalzamento del pH mediante l’aggiunta di un reagente basico. Prima del reattore di precipitazione e cristallizzazione è stato installato un sistema di microfiltrazione a 40 micron al fine di avviare alla cristallizzazione un refluo il più possibile privo di materiale sospeso e particolato solido che ostacolerebbero la formazione della struvite. Il prototipo è in grado di trattare in continuo ed in modo autonomo dai 2 ai 5 m3 al giorno di digestato.