ITMI20121706A1 - Procedimento per la neutralizzazione di digestati ad elevato ph e basso contenuto di azoto - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Forma oggetto del presente trovato un procedimento per la neutralizzazione di digestati ad elevato pH e basso contenuto di azoto.
E' noto, nel settore tecnico del trattamento dei suoli agrari che i materiali biologici derivati dalla digestione anaerobica metanogenica (noti anche con il termine di digestati) possono rappresentare un valido contributo all'ammendamento dei terreni ed alla nutrizione delle piante in quanto, oltre alla sostanza organica, tali materiali contengono anche considerevoli quantità di azoto, fosforo, potassio, calcio e zolfo.
Mediamente i digestati, derivanti da trattamenti di materiali biologici eseguiti con tecnologie per liquidi, contengono una percentuale di sostanza secca compresa fra l'1% ed il 10% che dipende dalla tipologia dei materiali di partenza che subiscono la digestione anaerobica; esistono tuttavia anche trattamenti definiti "dry", che generano digestati con una percentuale di sostanza secca anche superiore al 35%.
Con specifico riferimento all'azoto à ̈ anche noto che la quantità di azoto totale contenuta in un digestato à ̈ praticamente la stessa contenuta nel materiale biologico originario e che il totale dell'azoto à ̈ costituito da una parte organica e da una parte inorganica.
A sua volta la quota inorganica à ̈ rappresentata per la maggior parte da azoto ammoniacale, ma comprende, anche se in minima parte, azoto nitrico e nitroso. L'azoto ureico fa parte dell'azoto organico .
In dettaglio l'azoto totale à ̈ mediamente compreso fra 1% e 6%, espresso sulla sostanza secca e la frazione ammoniacale à ̈ mediamente compresa fra il 50% e 80% dell'azoto totale.
L'azoto nitrico e nitroso sono presenti in percentuali non significative rispetto al totale. L'elevata presenza di azoto, nel caso di impiego dei digestati su superfici agricole ridotte, può tuttavia generare problematiche negative per l'ambiente, quali l'inquinamento delle falde idriche e l'eutrofizzazione dei mari; sono stati pertanto messi a punto procedimenti di trattamento dei digestati atti a ridurre la percentuale di azoto presente al loro interno tramite trasformazione dell'azoto organico in azoto ammoniacale e successiva estrazione dell'ammoniaca con formazione di solfato di ammonio.
Sebbene funzionali, tali trattamenti generano tuttavia un digestato residuo che presenta normalmente un pH>10 che ne riduce drasticamente la spandibilità sui terreni agricoli.
Si pone pertanto il problema tecnico di mettere a punto un procedimento per il trattamento di digestati ad elevato pH il quale sìa in grado di generare miscele atte ad essere impiegate come correttivi dei suoli agrari.
Nell'ambito di tale problema tecnico si desidera anche che il procedimento sia applicabile a digestati risultanti da processi di riduzione del contenuto di azoto applicati a prodotti della digestione anaerobica metanogenica di biomasse.
Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da un procedimento di neutralizzazione di digestati secondo le caratteristiche di rivendicazione 1.
Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione dell'oggetto del presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:
in figura 1 : uno schema a blocchi delle sequenze di processo del procedimento secondo il presente trovato;
in figura 2 : uno schema a blocchi delle sequenze di processo del procedimento secondo il presente trovato con fasi preliminari di ottenimento del digestato a basso contenuto di azoto.
Come illustrato in fig.l il procedimento di trattamento per digestati DIG2 con pH>10 e contenuto totale (sulla sostanza secca) di Azoto<0,12% e di Calcio>17,8% comprende sostanzialmente una fase di neutralizzazione del digestato DIG2 stesso tramite aggiunta di Acido Solforico H2S04con generazione di una miscela di sostanza organica e solfato di calcio CaS04utilizzabile come correttivo di suoli agrari particolarmente suoli alcalini e/o salini.
Da prove sperimentali effettuate si à ̈ verificato che un effetto positivo nella correzione dei suoli agrari viene determinato per miscele risultanti dal trattamento di neutralizzazione secondo il presente trovato che contengano quantità non inferiori al 20% in peso di ossido di calcio CaO, e al 15% in peso di anidride solforica S03sul peso totale della sostanza secca contenuta nella miscela.
Secondo il trovato si prevede che per ottenere la miscela finale secondo quanto sopra descritto in fase di neutralizzazione venga introdotto un peso di H2S04puro in quantità compresa tra 200g e 300g, preferibilmente tra 215g e 240g per ogni Kg di sostanza secca di digestato DIG2.
Preferìbilmente l'acido solforico (H2S04)viene introdotto in forma liquida in quantità pari a 0,278 litri di H2S04al 50% per ogni Kg di sostanza secca, al fine di agevolare la manipolazione.
Più in dettaglio, nel digestato DIG2 sottoposto a neutralizzazione, gli ioni Ca<+>si combinano con l'acido solforico (H2S04) introdotto, generando solfato di calcio CaS04'2H20.
L'introduzione di acido solforico à ̈ effettuata in quantità tali da portare il digestato DIG2 prossimo alla neutralità (7<pH<8).
Risulta pertanto come il procedimento di neutralizzazione secondo il presente trovato consenta di ottenere una miscela di sostanza organica e solfato di calcio (CaS04) la quale rientra nella definizione di "gesso di defecazione" che à ̈ considerato come il correttivo per uso agricolo più versatile in assoluto, poiché à ̈ uno di quei rarissimi materiali che agiscono beneficamente in svariate situazioni di trattamento dei suoli. Infatti sia nei suoli "salini", ricchi di sodio, sia nei suoli "alcalini non salini", pure ricchi di sodio e/o potassio, il gesso favorisce il riequilibrio della capacità di scambio cationico (c.s.c.), spostando dalle particelle colloidali del terreno gli ioni di metalli alcalini, monovalenti (sodio e potassio) , a favore di ioni alcalini bivalenti (calcio e magnesio).
Il gesso fornisce direttamente calcio, necessario alle piante per rinforzare le pareti cellulari, rendendole più resistenti alle malattie ed al gelo. Fornisce anche zolfo, che à ̈ fondamentale per l'attività della flora batterica utile del terreno. Essendo una delle migliori fonti di calcio, il più importante tra i cosiddetti "elementi nutritivi secondari", esplica un'azione regolatrice/bilanciante sia nelle piante, sia nel terreno: entro certi limiti, protegge da eccessi e da carenze di nutrienti, da problemi causati da eccessi di pH alto o basso o da contaminazioni da metalli pesanti. Inoltre ha un'azione sinergica con la sostanza organica nel miglioramento e soprattutto nella stabilizzazione di una buona struttura del terreno.
L'aggiunta di gesso amplifica notevolmente l'azione della sostanza organica, poiché la stabilizzazione dei composti organo-minerali à ̈ tenuta insieme principalmente dall'azione del calcio, flocculando come umato di calcio; perciò agisce anche come miglioratore dei terreni compatti o tendenti al compattamento, influendo in modo positivo sulla loro struttura.
Secondo una forma preferita di attuazione del procedimento il digestato DIG2 da neutralizzare viene ottenuto da un digestato iniziale derivante dalla digestione anaerobica metanogenica di una biomassa tramite un processo di riduzione della quantità di azoto comprendente le seguenti fasi: a) conversione dell'azoto organico in azoto ammoniacale tramite attacco con acido solforico (HSO } in presenza di solfato di potassio;
Il digestato DIG1 viene pompato in un primo reattore in acciaio inox e mantenuto in agitazione. Quindi viene introdotto acido solforico HSO fino a raggiungere pH compreso fra 1 e 2.
Preferibilmente in tale fase sono anche aggiunti potassio solfato (KS04)in quantità compresa tra il 5% e il 10% in peso per Kg di sostanza secca allo scopo di favorire la mineralizzazione dell'Azoto organico e ferro metallico in polvere in quantità compresa tra lo 0,25% e lo 0,5% in peso per Kg di sostanza secca per la riduzione dei nitrati N0 e dei nitriti N0 ad azoto ammoniacale.
Secondo forme preferite di attuazione tale fase viene attuata sotto le seguenti condizioni:
la massa à ̈ mantenuta riscaldata ad una temperatura maggiore di 60°C, preferibilmente compresa tra 70° e 75° C;
per un tempo di reazione di circa 60 minuti. Questo primo trattamento permette di idrolizzare le proteine presenti, liberando l'azoto organico che à ̈ convertito in ammoniacale.
b) condizionamento del digestato con innalzamento del pH a valori maggiori di 10, preferibilmente tramite l'aggiunta di ossido di calcio CaO, di calcio in quantità compresa tra 300 e 400 g, preferibilmente tra 315 e 350 g per Kg di sostanza secca, mantenendo una temperatura di processo compresa fra 50°C e 80°C , preferibilmente compresa tra 70 e 75 °C;
e) estrazione di ammoniaca in fase gassosa per la riduzione della quantità di azoto presente nel digestato; l'estrazione avviene all'interno di un reattore con:
+insufflazione di aria atmosferica mediante una soffiante, per generare un flusso di bolle che permettano il trascinamento dell'ammoniaca al di fuori del reattore, e una contemporanea aspirazione, tramite una seconda soffiante, posta a valle del reattore, della corrente d'aria contenente l'ammoniaca che si libera dalla massa;+introduzione di acido solforico, utilizzato come liquido circolante, in una colonna di assorbimento posta fra il reattore e la soffiante di aspirazione ;
+nella stessa colonna risale, controcorrente, l'ammoniaca liberata dalla massa, la quale combinandosi con l'acido solforico H2S04forma solfato di ammonio in soluzione che viene estratto, immagazzinato, per l'utilizzo agronomico, e sostituito con altro acido solforico per la continuazione del processo.
Al termine del trattamento, il digestato iniziale DIG1 Ã ̈ diventato un digestato intermedio DIG2 fortemente alcalino (pH>10), praticamente privo di azoto (N<0,12% espresso sulla sostanza secca), (ad eccezione di una minima frazione di azoto organico che non avesse reagito) e con contenuto di calcio Ca mediamente maggiore del 17,8% (espresso sulla sostanza secca), da avviare alla successiva fase di neutralizzazione secondo il presente trovato.
Benché descritta nel contesto di alcune forme di realizzazione e di alcuni esempi preferiti di attuazione dell'invenzione si intende che l'ambito di protezione del presente brevetto sia determinato solo dalle rivendicazioni che seguono.
Claims (16)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento di digestati ad elevato pH, contenuto di Azoto non superiore allo 0,12% in peso sulla sostanza secca e contenuto di Calcio non inferiore al 17,8% in peso sulla sostanza secca, caratterizzato dal fatto che detto trattamento à ̈ una neutralizzazione effettuata con aggiunta di acido solforico (H2S04)e generazione di una miscela di sostanza organica e solfato di calcio (CaS04).
- 2. Procedimento secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l'acido solforico à ̈ aggiunto puro in quantità compresa tra 200 e 300 g, preferibilmente tra 215 e 240 g per Kg di sostanza secca del digestato (DIG2).
- 3. Procedimento secondo rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che la quantità di acido solforico (H2SO4) à ̈ aggiunta in forma liquida in soluzione al 50% con acqua.
- 4. Procedimento secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la miscela risultante contiene ossido di calcio (CaO) in quantità non inferiore al 20%.
- 5. Procedimento secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la miscela risultante contiene anidride solforica (S03)in quantità non inferiori al 15% in peso sulla sostanza secca.
- 6. Procedimento secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto digestato (DIG2) da neutralizzare à ̈ ottenuto come prodotto finale di un processo di riduzione della quantità dì azoto di un digestato iniziale (DIG1) derivante dalla digestione anaerobica metanogenica di una biomassa.
- 7. Procedimento secondo rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che detto processo di riduzione dell'Azoto comprende le seguenti fasi: a) conversione dell'azoto organico in azoto ammoniacale tramite attacco con acido solforico (H2S04) in presenza di solfato di potassio; b) condizionamento del digestato con innalzamento del pH a valori maggiori di 10, c) estrazione di ammoniaca in fase gassosa.
- 8. Procedimento secondo rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che nella fase a) di conversione dell'azoto organico in azoto ammoniacale viene introdotto acido solforico (H2S04)fino a raggiungere un pH compreso fra 1 e 2.
- 9. Procedimento secondo rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che nella fase a) di conversione dell'azoto organico in azoto ammoniacale la massa à ̈ mantenuta riscaldata ad una temperatura maggiore di 60°C, preferibilmente compresa tra 70°C e 75°C.
- 10. Procedimento secondo rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che nell'ambiente acido della fase a) di conversione dell'azoto organico in azoto ammoniacale viene aggiunto ferro in polvere da 0,25% a 0,5% in peso per Kg di sostanza secca.
- 11. Procedimento secondo rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che nell'ambiente acido della fase a) di conversione dell'azoto organico in azoto ammoniacale viene aggiunto potassio solfato (K2S04) in quantità compresa tra il 5% e il 10% in peso per Kg di sostanza secca.
- 12. Procedimento secondo rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che la fase b) di condizionamento del digestato con innalzamento del pH a valori maggiori di 10, Ã ̈ attuata tramite l'aggiunta di ossido di calcio (CaO).
- 13. Procedimento secondo rivendicazione 12 caratterizzato dal fatto che viene aggiunto ossido di calcio in quantità compresa tra 300 e 400 g, preferibilmente tra 315 e 350 g per Kg di sostanza secca del digestato (DIG 1) iniziale.
- 14. Procedimento secondo rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che la fase b) di condizionamento del digestato con innalzamento del pH a valori maggiori di 10, Ã ̈ attuata mantenendo una temperatura di processo maggiore di 60° e preferibilmente compresa tra 70° e 75° C.
- 15. Procedimento secondo rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che la fase c) di estrazione di ammoniaca in fase gassosa avviene all'interno di un reattore con: + insufflazione di aria atmosferica; generazione di un flusso di bolle; e una contemporanea aspirazione della corrente d'aria contenente l'ammoniaca che si libera dalla massa; + introduzione di acido solforico (H2S04)utilizzato come liquido circolante, in una colonna di assorbimento; + risalita controcorrente, nella stessa colonna di assorbimento dell'ammoniaca liberata dalla massa; combinazione dell'ammoniaca con l'acido solforico (H2S04)con formazione solfato di ammonio in soluzione; + estrazione del solfato di ammonio in soluzione, e sostituzione dello stesso con altro acido solforico (H2S04).
- 16. Uso di una miscela di sostanza organica e solfato di calcio ottenuta secondo il procedimento di rivendicazione 1 come correttivo di terreni alcalini e/o salini.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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