Filtrazione del digestato e applicazioni fertirrigue

La fertirrigazione è una soluzione praticabile per distribuire in campo il digestato miscelato con l’acqua d’irrigazione. Il vantaggio che ne deriva consiste nell’apportare i nutrienti contenuti nel digestato nel momento in cui la coltura ne ha maggiormente bisogno, aumentando le efficienze d’uso e riducendo le perdite nell’ambiente. La corretta impostazione di questa tecnica prevede l’iniezione del digestato negli impianti di irrigazione, e pertanto è necessario un adeguato trattamento di separazione solido-liquido per evitare i fenomeni di intasamento degli ugelli.

Con l’obiettivo di definire un sistema di separazione adatto ai diversi contesti aziendali e valutarne le prestazioni ottenibili, tra il 2018 e il 2020 sono stati monitorati 4 impianti che hanno fornito il digestato filtrato alle 5 aziende partner del progetto Life Arimeda, dotate di impianti di irrigazione sia ad ala gocciolante che a pivot (foto 1).

I sistemi di separazione testati avevano un’impostazione generale simile e prevedono tre stadi di separazione:
- un separatore a vite elicoidale, per rimuovere i solidi più grossolani. Tecnologia ampiamente diffusa e presente in tutte le aziende monitorate ancora prima di introdurre la tecnica della fertirrigazione;
- un vibrovaglio (Acquafert s.r.l.) o microfiltro (Sepcom Mft500—Wam Italia S.p.A.), a cui spetta il compito di rimuovere i solidi fini producendo una frazione liquida con particelle solide di dimensione inferiore a quella degli ugelli degli impianti di irrigazione. Questa è la parte fondamentale del sistema di separazione per poter eseguire la fertirrigazione, ma la tecnologia non è consolidata e il suo sviluppo è stato uno degli obiettivi del progetto Arimeda;
- filtri di vario tipo (filtri a sabbia, a dischi, a rete) per ridurre la riaggregazione dei colloidi della frazione liquida inviata all’impianto irriguo.
Analizzando le caratteristiche dei separatori utilizzati, si possono notare le specifiche tecniche che li differenziano. L’ala gocciolante richiede una filtrazione più spinta dato che i gocciolatori consentono il passaggio di particelle di dimensione inferiore ai 200 µm e infatti nelle aziende dotate di questo sistema irriguo la maglia del vibrovaglio/microfiltro non superava i 100 µm, mentre nelle aziende con pivot, essendo la dimensione dell’ugello più piccolo pari a 2 mm, la maglia del vibrovaglio era più larga, fino a 500 µm.

Parametri rilevati e calcolati

Nel corso degli interventi di fertirrigazione il funzionamento dei quattro impianti è stato monitorato rilevando:
- i volumi di digestato trattati e i tempi di funzionamento, per ottenere le portate;
i consumi elettrici;
- la composizione delle frazioni di digestato, analizzando solidi totali, azoto totale, azoto ammoniacale, fosforo e potassio.
A partire dai dati monitorati sono stati calcolati i parametri utili per valutare le prestazioni sia del sistema di separazione che della sua integrazione col sistema irriguo servito:
- indice di separazione (frazione separata rispetto al totale) per quantificare il contenuto di solidi e nutrienti, trattenuta nelle frazioni solide, rispetto alla quantità presente nel digestato trattato;
- rapporto di diluizione digestato su acqua;
- azoto apportato al campo tramite la fertirrigazione;
- costi di esercizio dei sistemi di separazione.

Le prestazioni dei separatori

Nel corso del progetto, nelle aziende sono stati monitorati dai 3 ai 4 eventi fertirrigui annui su superfici che variavano dai 2 ai 27 ha. Vista l’importanza in un contesto di fertirrigazione, le prestazioni del sistema di separazione sono state valutate con maggiore approfondimento per il separatore dei solidi fini.

Le prestazioni ottenibili dipendono dal tipo di separatore utilizzato (microfiltro più efficace del vibrovaglio nel rimuovere i solidi, ma produce più addensato), dal contenuto e dimensione dei solidi totali iniziali del digestato e dalla dimensione delle maglie del vaglio (maglie più strette e un digestato con più solidi e di maggiori dimensioni riducono la portata in uscita, ma influenzano anche la portata in entrata ottenibile al fine di ridurre il rischio di intasamenti) e dalla portata in ingresso (dipende da come è stato dimensionato il sistema di separazione rispetto alla superficie da fertirrigare).
Questi fattori influenzano di conseguenza anche l’indice di separazione, che presenta, come per le portate, una grande variabilità tra i sistemi di separazione monitorati (fig. 1).
Nelle aziende Horti Padani e Agriferr i solidi tendono a rimanere nella frazione solida/addensato, viceversa nelle aziende La Maddalena e Cascina Castellazzo. La quantità di solidi trattenuti dal separatore a vite elicoidale varia tra 21% e 37%. Il vibrovaglio presenta molta variabilità (tra 6% e 44%), mentre il microfiltro nell’azienda Agriferr raggiunge prestazioni elevate trattenendo nella frazione addensata il 78% dei solidi. Questo dipende anche dall’elevato volume di addensato prodotto e dalla sua bassa concentrazione di solidi. La prestazione complessiva del sistema di separazione integra (non somma) gli effetti delle due fasi di separazione e varia tra il 25% e l’84% di solidi rimossi.

I consumi elettrici rilevati, relativi alla sola filtrazione dei solidi fini, evidenziano differenze rilevanti tra le aziende, a seguito delle differenti quantità di digestato trattato in funzione della superficie fertirrigata. Osservando i consumi espressi sul volume di digestato filtrato inviato al campo, le differenze si assottigliano nelle aziende dotate di vibrovaglio essendo compresi tra 0,12 e 0,36 kWh/m3. L’azienda con microfiltro, nonostante le elevate prestazioni ottenute da questo separatore, mostra il consumo maggiore pari a 1,77 kWh/m3.
Dopo il processo di filtrazione il digestato viene iniettato nella linea dell’impianto irriguo. Durante le prove svolte la miscela di digestato filtrato e acqua di irrigazione ha raggiunto un rapporto di diluizione compreso tra il 2 e 19%, influenzando il volume di digestato apportato per singolo evento a prescindere dal tipo di impianto irriguo. Il rapporto di diluizione non deve essere troppo alto per evitare l’ostruzione degli ugelli o troppo basso per evitare di ridurre il contributo della fertirrigazione alla fertilizzazione della coltura. Infatti, nella figura 2 è possibile vedere che l’azoto apportabile per singolo intervento varia tra 15-120 kg/ha, a dimostrazione delle potenzialità della tecnica nel riuscire a soddisfare i fabbisogni colturali, a patto però di mantenere un elevato rapporto di diluizione, senza compromettere la funzionalità dell’impianto irriguo e riuscire a programmare ed eseguire un numero congruo di fertirrigazioni.

Concludendo

Nel dimensionamento di un sistema di separazione del digestato da utilizzare con la fertirrigazione, la priorità è garantire la necessaria rimozione dei solidi per evitare l’ostruzione degli ugelli nel sistema di irrigazione. Come abbiamo visto, i solidi che restano nella frazione liquida sono elevati, ma ciò che conta è mantenere la dimensione delle particelle al di sotto di quella dei gocciolatori e ugelli, oltre a un adeguato rapporto di diluizione.

Inoltre, la rimozione dei solidi influisce indirettamente anche sulla rimozione dei nutrienti e pertanto occorre verificare di mantenere l’equilibrio tra rischio di occlusione degli ugelli e possibilità di apportare alla coltura la quantità programmata di nutrienti. Il costo della fertirrigazione raggiunge valori simili ad altre tecniche di distribuzione ma porta a benefici agronomici e ambientali.

Costi di investimento ed esercizio

Le capacità di lavoro delle attrezzature sperimentate hanno messo in evidenza come si possono raggiungere per gli impianti a goccia portate di 4 m3/h con digestato e 8 m3/h con liquame suino. Le capacità di lavoro dei separatori salgono rispettivamente a 7-12 m3/h per gli impianti con pivot, in relazione alla maggior dimensione delle maglie dei vagli.
Dalle valutazioni effettuate si evidenzia come con un sistema di filtrazione si possano distribuire dosi significative di azoto in copertura su superfici dell’ordine dei 100-150 ha distribuendo quantità di digestato dell’ordine dei 4000-6000 m3. Ovviamente, aumentando il numero di attrezzature si possono coprire superfici maggiori.
Per quanto riguarda i costi di investimento si precisa che il sistema va inserito a valle di un gruppo di separazione solido-liquido a vite elicoidale tradizionale ed a monte di un impianto di irrigazione a pivot o a goccia pre-esistenti con linea di tubazioni interrate. Dallo studio è emerso che le attrezzature per la filtrazione dei solidi fini hanno un valore compreso tra 60.000€ e 80.000€ a seconda delle portate di progetto.
Dalla figura 3 che riporta i costi per ettaro della fertirrigazione per superfici fino a 100 ettari per la goccia e fino a 150 per il pivot; si può notare una rilevante diminuzione dei costi all’aumentare della superficie fino ad arrivare a valori compresi tra i 100-120 euro/ha nei casi con maggiore superficie dominata.
La tecnica è perciò ampiamente inseribile nelle aziende con sistemi irrigazione organizzati ed innovativi e soprattutto con superfici tendenzialmente accorpate.

Andrea Guidetti - Acquafert srl.
Alberto Finzi - Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali, Università degli Studi di Milano.