project - EIP-AGRI Operational Group
Livestock manure and digestates treatment to reduce emissions and produce struvite - Struvite
Trattamento degli effluenti e digestati zootecnici per ridurne le emissioni e produrre struvite - Struvite
Context
Livestock manure is an excellent fertilizer matrix for crops and soils as it is rich in both macro and micro nutrients and organic matter, which are useful for maintaining the productivity of agricultural soils. The downside is the emissive potential (ammonia and greenhouse gases) of slurry during storage and spreading. In fact, the agricultural sector determines about 7 percent of Italian GHG emissions, and of this share 18.8% comes from manure management. As for ammonia emissions, the agricultural sector accounts for 94 percent of national emissions with 49.9% of that share coming from effluent management (ISPRA, Reports 318/2020 and 319/2020). In Italy there are areas with a high presence of livestock farms where optimal management of livestock effluents and digestates could result in reduced emissions. Not only that, an effluent treatment also aimed at recovering the nutrients contained in them could facilitate the relocation of surplus nitrogen and phosphorus from high livestock areas to areas instead characterized by demand for chemical fertilizers, in conjunction with the principles of Nutrient Recovery and Reuse and the Farm to Fork targets.
Objectives
The objective of the Plan is to decrease the nitrogen (N), phosphorus (P) and dry matter (ST) content in livestock manure and digestates in order to reduce ammonia, methane and nitrous oxide emissions into the atmosphere, both from the storage phase and from the spreading. The nitrogen recovered from the effluents will produce a slow-release renewable recovery fertilizer (Struvite) which will be able to replace synthetic fertilizers in areas characterized by nutrient deficiencies due to a reduced livestock presence
Objectives
L’obiettivo del Piano è quello di diminuire il tenore di azoto (N), fosforo (P) e sostanza secca (ST) negli effluenti e digestati zootecnici al fine di ridurre le emissioni in atmosfera di ammoniaca, metano e protossido d’azoto, sia dalla fase di stoccaggio che dagli spandimenti. L’azoto recuperato dagli effluenti produrrà un fertilizzante di recupero rinnovabile a lento rilascio (Struvite) che potrà sostituire i fertilizzanti di sintesi nelle aree caratterizzate da deficit di nutrienti in quanto a ridotta presenza zootecnica.
Activities
Activities exercise of cooperation
Task 1 - Analysis and laboratory tests for the optimal development of the prototype
Task 2 - Development and implementation of the STRUVITE prototype treatment system
Task 3 - Monitoring of the prototype's efficiency in reducing the nitrogen and phosphorus content in the sewage
Task 4 - Monitoring of emissions (ammonia, GHG and odors) from storage and spreading
Task 5 - Evaluation of the economic and environmental sustainability of innovation
Dissemination Activity of the GO, activities and results achieved
Training action through courses, exchanges and training visits
Activities
Attività esercizio della cooperazione
AZIONE 1 - Analisi e test di laboratorio per l’ottimale sviluppo del prototipo
AZIONE 2 - Sviluppo e realizzazione del sistema di trattamento prototipale STRUVITE
AZIONE 3 - Monitoraggio dell’efficienza del prototipo nel ridurre il tenore di azoto e fosforo nei liquami
AZIONE 4 - Monitoraggio delle emissioni (ammoniaca, GHG ed odori) dallo stoccaggio e spandimento
AZIONE 5 - Valutazione della sostenibilità economica ed ambientale dell’innovazione
Azione di disseminazione del GO, delle attività e dei risultati conseguiti
Azione di formazione attraverso corsi, scambi e visite formative
Project details
- Main funding source
- Rural development 2014-2020 for Operational Groups
- Rural Development Programme
- 2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Location
- Main geographical location
- Modena
- Other geographical location
- Reggio nell'Emilia
EUR 185819.96
Total budget
Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.
Resources
2 Practice Abstracts
The recovery of phosphorus and nitrogen from agricultural digestates through the development and implementation of the prototype Struvite system has proved technically feasible; the precipitate containing struvite must, however, be further refined/evaluated, e.g. by a fertilizer manufacturer, in order to effectively replace phosphate minerals with phosphorus recovery in accordance with the new European fertilizer regulation.
Especially in tests with acidification, basification and microfiltration, the supernatant is significantly depleted in nitrogen and phosphorus compared to the inlet clarified digestate. In fact, the prototype treatment of digestate was effective in reducing emissions of ammonia and greenhouse gases, particularly methane, from the management of livestock digestates. The reduced nitrogen content in the digestate stream leaving treatment has allowed ammonia emissions to be reduced by 42% from storage and 19% from spreading compared with untreated clarified digestate, while the limited organic matter content resulted in a reduction of methane emissions from the storage phase by 86%.
The high concentration of solids and organic matter in the digestate, even when subjected to separation solid/liquid, on the other hand, is still a critical issue; the prototype treatment system can and must be made more efficient. Research and development should continue.
Il recupero di fosforo e azoto dai digestati agro-zootecnici attraverso lo sviluppo e l’implementazione del sistema prototipale Struvite è risultato tecnicamente fattibile; il precipitato contenente struvite deve, però, essere ulteriormente raffinato/valorizzato, ad esempio da un produttore di fertilizzanti, per poter effettivamente sostituire i minerali fosfatici con fosforo di recupero in accordo col nuovo regolamento europeo sui fertilizzanti.
Specialmente nelle prove con acidificazione, basificazione e microfiltrazione il surnatante risulta significativamente impoverito in azoto e fosforo rispetto al digestato chiarificato in ingresso. Infatti, il trattamento prototipale del digestato è stato efficace nel ridurre le emissioni di ammoniaca e gas serra, in particolare metano, dalla gestione dei digestati zootecnici. Il ridotto contenuto di azoto nel flusso di digestato in uscita dal trattamento ha permesso di ridurne le emissioni ammoniacali del 42% dallo stoccaggio e del 19% dallo spandimento rispetto al digestato chiarificato non trattato, mentre il limitato tenore di sostanza organica ha determinato una riduzione delle emissioni di metano dalla fase di stoccaggio dell’86%.
L’elevata concentrazione di solidi e sostanza organica nel digestato, anche se sottoposto a separazione solido/liquido, risulta invece ancora una criticità; il sistema di trattamento prototipale può e deve essere ulteriormente efficientato. L’attività di ricerca e sviluppo deve continuare.
The results and opportunities that will be achieved are:
- reduce ammonia and GHG emissions from the storage and spreading phase of the treated matrices with respect to the effluent not treated;
- obtain a low, if not zero, emissivity of the struvite produced, both in the storage and spreading phase, as a stabilized matrix;
- quantify, using the LCA methodology, the reduction of environmental impacts following the pilot treatment application compared to a standard situation, in line with the objectives of the Emilia Romagna Region Air Plan (PAIR 2020);
- produce a slow-release recovery fertilizer (struvite), which can replace synthetic fertilizers and avoid GHG emissions deriving from their production;
- greater environmental and social sustainability of pig production based on the quantification of avoided ammonia and GHG emissions;
- raise awareness and train the entire sector and all stakeholders on the innovations developed by the GOI through training and dissemination activities.
The monitoring activities carried out will allow to quantify the ammonia and GHG emissions avoided with the prototype treatment of the effluents compared to the existing management. Lower emissions of ammonia, greenhouse gases and odors will produce an increase in the environmental and social sustainability of the farm in the area in which it is located. The reduction of ammonia emissions affects the reduction of the concentration of PM10. The results achieved will facilitate the farms in integrating and / or renewing the Integrated Environmental Authorization (AIA).
I risultati e le opportunità che si conseguiranno sono:
- ridurre le emissioni di ammoniaca e GHG dalla fase di stoccaggio e spandimento delle matrici trattate rispetto all’effluente tal quale;
- ottenere una bassa, se non nulla, emissività della struvite prodotta, sia in fase di stoccaggio che di spandimento, in quanto matrice stabile;
- quantificare mediante metodologia LCA la riduzione degli impatti ambientali in seguito all’applicazione del trattamento pilota rispetto ad una situazione standard, coerentemente con gli obiettivi del Piano Aria della Regione Emilia Romagna (PAIR 2020);
- produrre un fertilizzante di recupero a lento rilascio (struvite), che possa sostituire fertilizzanti di sintesi ed evitare le emissioni di GHG derivanti dalla loro produzione;
- una maggiore sostenibilità ambientale e sociale delle produzioni suinicole in base alla quantificazione delle emissioni ammoniacali e GHG evitate;
- sensibilizzare e formare l’intero comparto e tutti i portatori d’interesse sulle innovazioni messe a punto dal GOI mediante attività di formazione e divulgazione.
Le attività di monitoraggio condotte consentiranno di quantificare le emissioni di ammoniaca e GHG evitate col trattamento prototipale degli effluenti rispetto alla gestione esistente. Minori emissioni di ammoniaca, gas serra e odori produrranno un incremento della sostenibilità ambientale e sociale dell’allevamento nell’area in cui si colloca. La riduzione delle emissioni ammoniacali incide sulla riduzione della concentrazione delle PM10. I risultati conseguiti faciliteranno le aziende nelle integrazioni e/o rinnovi della Autorizzazione Integrata Ambientale (AIA).
Contacts
Project coordinator
-
CRPA - Centro Ricerche Produzioni Animali Soc. Cons. p.A.
Project coordinator
Project partners
-
Dinamica Soc. Cons. a r.l.
Project partner
-
Fondazione CRPA Studi Ricerche
Project partner
-
Società Agricola Colombaro
Project partner