impressus Guia tractament dejeccions · 2020. 12. 15. · Aquesta Guia pretén ser una eina oberta i dinàmica, que acompanyi les innovacions del sector ramader, i que es pugui anar

GUIA DE LES TECNOLOGIES DE TRACTAMENT DE LES DEJECCIONS RAMADERES A CATALUNYA

Coordinació

Francesc Prenafeta BoldúJoan Parera Pous

Coordinació tècnica: Francesc Prenafeta Boldú ([email protected]). Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA)

Joan Parera Pous ([email protected])Departament d’Agricultura, Ramaderia, Pesca i Alimentació (DARP)

Autors dels continguts:Separació sòlid/líquid: August Bonmatí Blasi – IRTA ([email protected]) Joan Parera Pous – DARP

Compostatge:Rafaela Cáceres Reyes – IRTA ([email protected])

Assecatge solar:Francesc Prenafeta Boldú – IRTA

Digestió anaeròbia:Belén Fernández Garcia – IRTA ([email protected])

Nitrificació-desnitrificació:Albert Magrí Aloy – Universitat de Girona ([email protected])

Aquest treball s’ha de citar com:Prenafeta-Boldú, F.X. i Parera, J. (2020) Guia de les tecnologies de tractament de les dejeccions ramaderes a Catalunya. Departament d’Agricultura, Ramaderia, Pesca i Alimentació (DARP), Barcelona, 72 pàgines.

@ 2020, Generalitat de CatalunyaDepartament d’Agricultura, Ramaderia,Pesca i Alimentació

Edita: Servei de Sòls i Gestió Mediambiental de la Producció Agrària (DARP)1a edició: Desembre de 2020Dipòsit legal: B 22280-2020Disseny portada: Núria Canut (DARP) Fotografies: DARP i IRTAMaquetació i impressió: Impressus

Aquesta obra és d’ús lliure, però està sotmesa a les condicions de la llicència pública de Creative Commons. Es pot reproduir, distribuir i comunicar l’obra sempre que se’n reconegui l’autoria i l’entitat que la publica i no se’n faci un ús comercial ni cap obra derivada. Es pot trobar una còpia completa dels temes d’aquesta llicèn-cia a l’adreça: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/deed.ca.

Aquest document ha estat revisat pel Grup d’Experts de Tractament de Dejeccions Ramaderes (GET-DR), un grup de treball impulsat pel DARP per analitzar les diferents opcions i donar suport a les actu-acions en sistemes de tractament actuals o futures, amb l’objectiu d’assolir una bona qualitat dels sòls i de les aigües. Els membres del GETDR són:

- Albert Avellaneda – Direcció General de Qualitat Ambiental i Canvi Climàtic (DGQAiCC)- Juan Antonio Baeza – Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)- Joaquim Balcells – Universitat de Lleida (UdL)- Jaume Boixadera – DARP- August Bonmatí – IRTA- Josep Maria Chimenos – Universitat de Barcelona (UB)- Enric Elías – Agència de Residus de Catalunya (ARC)- Neus Ferrete – DARP- Elisenda Guillaumes – DARP- Mireia Iglesias – Agència Catalana de l’Aigua (ACA)- Albert Magrí – Universitat de Girona (UdG)- Xavier Flotats – Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)- Joan Parera – DARP- Pere Poblet – DGQACC- Sergio Ponsà – Universitat de Vic (UdV)- Meri Pous – ARC- Francesc Prenafeta – IRTA- Laia Sarquella – Institut Catala d’Energia (ICAEN)- Anna Torres – Oficina de la Gestió Ambiental Unificada a Lleida (OGAU)

5GUIA DE LES TECNOLOGIES DE TRACTAMENT DE LES DEJECCIONS RAMADERES A CATALUNYA

Presentació

Catalunya es caracteritza per disposar d’una important cabanya ramadera, principalment porcina, tot i que el boví i l’avicultura també tenen una elevada presència. Al llarg del temps, les explotacions rama-deres han anat creixent en dimensió i han esdevingut més eficients i productives, però al mateix temps s’han desvinculat de la terra com a element d’equilibri entre les activitats agrícola i ramadera.

Així doncs, aquests darrers anys el sector ramader ha aconseguir millorar els índexs productius fet que implica, entre d’altres beneficis, una reducció en volum i quantitat de nutrients excretats amb les dejec-cions per kilogram de carn produïda. Tot i això, a Catalunya encara hi ha moltes zones amb una elevada producció de dejeccions ramaderes on la seva gestió és complicada. Quan els nutrients d’aquestes dejeccions, principalment el nitrogen i el fòsfor, s’emeten d’una forma descontrolada poden causar im-portants impactes ambientals.

Per una altra part, el sector agrícola requereix d’una fertilització més sostenible, fet que implica la neces-sitat de fertilitzar amb productes propers, estables, disponibles i adequats a les necessitats dels cultius. Aquesta nova demanda implica l´ús de processos de tractament de les dejeccions ramaderes per tal d‘obtenir uns fertilitzants orgànics de qualitat i, en definitiva, promoure un tancament més eficient del cicle dels nutrients, entre la seva generació (dejeccions ramaderes) y demanda (fertilitzants orgànics). Aquesta aproximació és un dels fonaments en els que es basa la nova economia circular, permet la sor-tida de nutrients de les àrees amb mes densitat ramadera cap a altres àrees amb menys disponibilitats de matèria orgànica i on segurament el segrest del carboni al sòl serà mes eficient

La Guia de les Tecnologies de Tractament de les Dejeccions Ramaderes a Catalunya que teniu a les mans ha estat coordinada per l’Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA), elaborada per diferents especialistes de diferents centres de recerca i Universitats, i revisada pel Grup d’Experts de Tractament de Dejeccions Ramaderes (GETDR).

La Guia es centra en els tractaments dins de l’explotació ramadera, dins del marc agrari. Està enfocada tant als tècnics del sector ramader com als grangers, així com a d’altres professionals interessats en aquesta temàtica, amb l’objectiu d’oferir una informació clara però també detallada sobre aquelles tec-nologies de tractament de les dejeccions ramaderes consolidades al nostre territori. Amb aquesta infor-mació, els nostres tècnics i ramaders podran conèixer els elements bàsics necessaris per a la instal·lació d’una planta de tractament, les tecnologies disponibles, les seves eficiències, les emissions que poden generar i quin control hauran de realitzar, així com els costos d’inversió i operació, oferint al mateix temps exemples per a diferents sistemes productius (porcí, boví, i aviram). Per altra banda, també s’ofereix in-formació sobre les característiques i ús agronòmic com a fertilitzants orgànics dels productes resultants del tractament.

Aquesta Guia pretén ser una eina oberta i dinàmica, que acompanyi les innovacions del sector ramader, i que es pugui anar actualitzant amb la incorporació de noves tecnologies que passin a ser consolidades, o que incorpori noves dades i informacions sobre les tecnologies consolidades a dia d’avui.

En aquest sentit, espero que us serveixi com a una bona eina per poder valorar i resoldre aquelles ne-cessitats de tractament que pugueu tenir a la vostra explotació.

Elisenda Guillaumes CullellDirectora general d’Agricultura i Ramaderia


Índex de continguts

1. Propòsit d’aquesta Guia .................................................................................................................................................................................................................. 9

2. El tractament de les dejeccions ramaderes ..............................................................................................................................................................11

2.1. El tractament de les dejeccions ramaderes a la granja .....................................................................................................................13

3. Tecnologies de tractament consolidades ....................................................................................................................................................................16

3.1. Separació sòlid-líquid ...........................................................................................................................................................................................................18

3.1.1. Fonament científic-tècnic .....................................................................................................................................................................................18

3.1.2. Implementació a la granja .................................................................................................................................................................................. 20

3.1.3. Eficiència de tractament ...................................................................................................................................................................................... 21

3.1.4. Ús agronòmic dels productes obtinguts ............................................................................................................................................. 23

3.1.5. Control de les emissions ...................................................................................................................................................................................... 24

3.1.6. Costos d’inversió i operació ............................................................................................................................................................................. 25

3.2. Compostatge .............................................................................................................................................................................................................................. 28

3.2.1. Fonament científic-tècnic ................................................................................................................................................................................... 28

3.2.2. Implementació a la granja ................................................................................................................................................................................. 29

3.2.3. Eficiència de tractament ..................................................................................................................................................................................... 32

3.2.4. Ús agronòmic dels productes obtinguts ............................................................................................................................................ 32

3.2.5. Control de les emissions ..................................................................................................................................................................................... 33

3.2.6. Costos d’inversió i operació ............................................................................................................................................................................ 34

3.3. Assecatge solar ........................................................................................................................................................................................................................ 39



3.3.3. Eficiència del procés .............................................................................................................................................................................................. 42




3.4. Digestió anaeròbia ................................................................................................................................................................................................................ 47



3.4.3. Eficiència del procés .............................................................................................................................................................................................. 50




3.5. Nitrificació-desnitrificació ................................................................................................................................................................................................ 55



3.5.3. Eficiència de tractament ..................................................................................................................................................................................... 58




4. Tecnologies de tractament emergents .......................................................................................................................................................................... 62

5. Fitxes resum de les tecnologies consolidades ...................................................................................................................................................... 64

6. Bibliografia ................................................................................................................................................................................................................................................ 69

7. Normativa .................................................................................................................................................................................................................................................. 71


1. Propòsit d’aquesta GuiaSegons el darrer “Informe de la Indústria, la Distribució i el Consum Agroalimentaris a Catalunya” (DARP 2018), la producció càrnia és el principal sector de la indústria agroalimentària a Catalunya. Genera un volum de negoci de 9.243 milions d’euros i 35.400 llocs de treball, xifres que representen un 7% de la facturació i de l’ocupació total de la indústria catalana. També cal destacar que el sector carni és el major exportador i principal responsable de la millora de la balança comercial de la indústria agroalimentària, de la que en concentra el 39,6% de les exportacions. Per altra banda, la indústria càrnia i la producció ramadera associada destaquen per una distribució al territori força descentralitzada, amb un gran pes en determinades àrees rurals que contribueix al manteniment de l’equilibri territorial. Al darrera d’aquestes dades hi ha un model de producció intensiu de ramaderia industrial, basat principalment en la integració, i que destaca per una gran eficiència de producció, però que també genera una sèrie d’impactes ambi-entals importants que encara no s’han resolt de forma prou satisfactòria.

A Catalunya hi ha aproximadament uns 7,9 milions de porcs, 637.000 caps de boví, 44,6 milions d’aus (DARP, 2020) que cada any generen unes 9,4 milions de tones de purins i 2,8 milions de tones de fems i gallinasses. L’aplicació excessiva de les dejeccions als conreus al llarg dels anys, ha resultat en l’acu-mulació del fòsfor al sòl i del nitrat a les aigües subterrànies. Aquest fenomen es produeix amb especial intensitat en aquelles zones en les que la quantitat de nutrients aportada supera les necessitats dels conreus. D’acord amb la Directiva Europea sobre els nitrats, actualment el 33,8% de la superfície total de Catalunya està declarada com a vulnerable a la contaminació per nitrats d’origen agrícola i afecta a 422 municipis, és a dir, un 45% de tots els municipis catalans (ACA, 2020). Per altra banda, d’acord amb l’Oficina Catalana del Canvi Climàtic, el sector de l’agricultura i la ramaderia contribueix amb un 12% dels gasos d’efecte hivernacle que s’emeten a Catalunya. D’aquestes emissions, s’estima que un 47% es produeix durant la gestió de les dejeccions ramaderes. El sector ramader també és responsable per l’emissió del 92% de l’amoníac atmosfèric, un gas que provoca l’acidificació i eutrofització dels ecosis-temes, i que a més a més perjudica la salut i la productivitat dels animals a la pròpia granja, a la vegada que és una pèrdua d’un nutrient valuós per a l’agricultura.

La disminució de l’impacte ambiental de la ramaderia industrial ha de contemplar, en primer terme, totes aquelles accions encaminades a reduir la generació de les dejeccions ramaderes, tan en volum com en el seu contingut de nutrients, com ara l’optimització de les dietes dels animals i del consum d’aigua a la granja. En segon terme, cal apostar per aquelles tecnologies de tractament de les dejeccions que per-metin la recuperació dels nutrients en forma de fertilitzants orgànics, tot eliminant els elements que en puguin comprometre la seva qualitat (metalls pesats, microorganismes patògens, residus d’antibiòtics, etc.), i minimitzant les emissions associades a aquests processos (fonamentalment els gasos d’efecte hivernacle i l’amoníac). És per aquest motiu que les tecnologies de tractament de les dejeccions ramade-res juguen un paper fonamental per garantir la sostenibilitat del sector ramader, tot i que per si mateixes no siguin la solució al problema.

La dosificació de les dejeccions ramaderes com a fertilitzants orgànics s’ha realitzat en la major part dels casos tenint en compte només el contingut de nitrogen. Això pot comportar la sobrefertilització amb altres nutrients com el fòsfor, fet que també pot generar impactes ambientals importants després d’una fertilització orgànica continuada. Paradoxalment, mentre es produeixen aquests excessos de nitrogen i fòsfor en els sòls i aqüífers de Catalunya, continuem consumint grans volums de fertilitzants minerals o de síntesis que s’obtenen a base d’invertir ingents quantitats d’energia o esgotar recursos naturals no renovables. Actualment, en el marc del nou paradigma conegut com a Economia Circular, el sector agro-ramader i la societat en general demana optimitzar els recursos (nutrients i energia) i reduir l’impac-te ambiental, i això implica adoptar nous criteris a l’hora de produir i consumir fertilitzants orgànics. La clau doncs és recuperar aquests nutrients en forma de productes que en facilitin la seva distribució, apli-cació i dosificació al camp seguint criteris agronòmics. La innovació i la generalització dels tractaments de les dejeccions ramaderes pot ajudar assolir les noves demandes de: (i) ajustar la relació dels diferents nutrients que aporten els productes i fraccions obtinguts a partir d’aquestes a les necessitats dels cultius; (ii) millorar la forma de comercialitzar/aplicar i poder oferir un fertilitzant estable, higienitzat i sense olors; i (iii) poder treballar amb uns productes que minimitzin les emissions durant a la seva gestió.

10 GUIA DE LES TECNOLOGIES DE TRACTAMENT DE LES DEJECCIONS RAMADERES A CATALUNYA

A l’hora d’apostar per tecnologies específiques de tractament, cal tenir en compte els tres pilars bàsics de la sostenibilitat: que siguin viables a nivell econòmic, que tinguin un baix impacte mediambiental, i que comportin una afectació positiva a nivell social. Pel que fa als aspectes econòmics, cal prioritzar els sistemes que facilitin la gestió dels nutrients de les dejeccions adaptats a cada cas, i que tinguin uns costos que el sector pugui assumir, ja sigui de forma individual o col·lectiva. A nivell mediambiental, els tractaments han de ser eficaços a l’hora de recuperar els nutrients amb un baix nivell d’emissions i con-sums. Finalment, pel que fa a l’àmbit social, els tractaments han d’afavorir la imatge de la producció ra-madera i promoure la innovació tecnològica del país. A diferència d’altres zones ramaderes d’Europa, la implantació de sistemes de tractament a Catalunya ha estat limitada i no massa exitosa, sobretot pel que fa als sistemes col·lectius. Tot i això, en aquests darrers anys s’han adquirit força coneixements gràcies a diferents projectes de recerca i desenvolupament, i iniciatives del propi sector, que han permès establir les fortaleses i debilitats dels diferents models de gestió de les dejeccions.

Ja fa més de 15 anys des de la publicació de la primera “Guia de Tractaments de les Dejeccions Ramade-res”, l’any 2004 per part de la Generalitat de Catalunya (ARC, DARP i Centre UdL-IRTA). Aquella primera guia va ser pionera a l’hora d’oferir una visió àmplia i concisa del ventall de tecnologies de tractament disponibles, però l’evolució dels darrers anys ha fet aconsellable l’actualització i adaptació d’aquest do-cument a les circumstàncies específiques de Catalunya. Per aquest motiu, el Departament d’Agricultura, Ramaderia, Pesca i Alimentació va crear l’any 2017 el Grup d’Experts de Tractament de Dejeccions Ra-maderes, format per professionals reconeguts provinents de diferents institucions, amb l’objectiu d’ana-litzar les diferents opcions tecnològiques seguint criteris independents basats amb el mètode científic, i donar suport tant a l’Administració com al Sector pel que fa a les actuacions en sistemes de tractaments.

Aquesta nova Guia va dirigida prioritàriament al ramader i al tècnic que treballa pel sector ramader, i té per objectiu oferir informació clara i entenedora sobre els sistemes de tractament en origen que es con-sideren com a consolidats, per què la puguin utilitzar com una eina a l’hora de decidir i gestionar el sis-tema de tractament a instal·lar a la seva explotació ramadera. Per aquest motiu, es fa especial incís a les qüestions tècniques, com ara l’eficiència dels tractaments i el nivell d’emissions, però també dels costos econòmics associats a cada tecnologia. Aquest pretén ser un document obert, que es pugui anar actu-alitzant a mesura que s’obtingui més informació i experiència en la gestió i tractament de les dejeccions ramaderes. Per tal de recollir la visió prou àmplia però també profunda, la Guia ha estat redactada per l’equip del Programa de Gestió Integral de Residus Orgànics de l’Institut de Recerca i Tecnologia Agro-alimentària, i ha estat revisada i validada pel Grup d’Experts de Tractament de Dejeccions Ramaderes.


2. El tractament de les dejeccions ramaderes Es considera com a dejeccions ramaderes tots aquells materials residuals excretats pel bestiar, nor-malment femtes i orina, o barreges d’aquestes amb el llit i altres materials, com ara la palla, restes del menjar i l’aigua subministrats als animals. Segons la seva procedència i contingut d’humitat les dejecci-ons ramaderes es classifiquen en fems (consistència sòlida), purins (consistència líquida o semilíquida) i gallinasses (procedent de l’aviram).

Les dejeccions ramaderes es caracteritzen per tenir un important contingut d’aigua, principalment els purins, matèria orgànica, nutrients com el nitrogen (N), fòsfor i potassi i micronutrients (Taula 2.1). A més d’aportar nutrients, les dejeccions ramaderes també poden millorar les qualitats físiques, químiques i biològiques del sòl, comportant-se en aquest cas com una esmena orgànica.

Taula 2.1. Contingut en nutrients (NPK)1 dels principals tipus de dejeccions ramaderes que són típics a Catalunya, expressats en kg per tona en el cas de les dejeccions sòlides i en kg per m3 en el cas dels purins (Font: DARP, informació no publicada).

Tipus de dejecció N total (kg/m3,t)N orgànic (kg/m3,t)

P2O5 (kg/m3,t)

K2O (kg/m3,t)

Densitat (t/m3)

Fem de boví 8,8 7,4 5,0 7,8 0,75

Gallinassa 22,6 18,7 18,2 19,0 0,85

Llit aus d’engreix 22,8 18,5 21,1 17,7 0,75

Purí porcí d’engreix 5,7 1,8 3,2 4,2 1,050

Purí porcí de cicle tancat 3,4 1,0 1,3 2,5 1,030

Purí porcí de maternitat 2,9 0,7 0,7 2,5 1,024

Purí boví d’engreix 5,2 2,9 1,7 3,6 1,0191 NPK: és la fórmula de definir el contingut de nitrogen, fòsfor i potassi d’un fertilitzant. El fòsfor (P) està expressat en forma de P2O5 (P: P2O5/2,29) i el potassi està expressat en forma de K2O (K: K2O/1,2).

La principal destinació de les dejeccions ramaderes és l’aplicació al camp com a fertilitzants orgànics, però en la major parts de casos aquesta es fa directament sense cap tractament. Actualment, la norma-tiva Catalana que regula la gestió de les dejeccions en l’àmbit agrícola és el nou Decret de Gestió de la Fertilització del Sòl i de les Dejeccions Ramaderes (Decret 153/2019). Aquest Decret, entre altres punts, regula l’emmagatzematge, l’aplicació (moment i dosi) i la seva traçabilitat (pla i llibre de fertilització, GPS, etc.).

La gestió de les dejeccions ramaderes en una explotació es pot fer dins el marc agrari, fora del marc agrari o una combinació dels dos tipus de gestió. El nou Decret considera la gestió de dins del marc agrari les activitats relacionades amb les dejeccions ramaderes següents: l’aplicació en una base agrí-cola, l’emmagatzematge, el transport, els tractaments en origen, la maduració en destinació i la gestió duta a terme pels centres de gestió per a la seva aplicació agrícola. Com a gestió en el marc agrari, tant en el tractament de les dejeccions en origen com en la seva maduració en destinació és possible utilitzar palla i altres materials naturals agrícoles o silvícoles no perillosos. El Decret també hi inclou aquells trac-taments que es realitzen a l’explotació amb dejeccions ramaderes provinents de més d’una explotació ramadera, sempre que estiguin situades a menys de 500 metres de l’explotació on es realitza el tracta-ment i amb la que formin una unitat epidemiològica. S’entén com a tal un grup d’animals que estan en contacte i que, consegüentment, seran subjectes al mateix tractament en qüestions de sanitat animal i control d’epidèmies.

Per una altra banda, es defineix la gestió fora del marc agrari com a qualsevol operació de gestió o tractament que està vinculada a un gestor de residus, autoritzat per l’Agència de Residus de Catalunya


(ARC), per tractar específicament dejeccions ramaderes. En aquest tipus de gestió és aplicable la nor-mativa sobre residus (Llei estatal 22/2011, de 28 de juliol, de residus i sòls contaminats). També es con-sidera gestió fora del marc agrari la fabricació de fertilitzants o de substrats, excepte si es fabriquen a la mateixa granja que genera les dejeccions sense barrejar-hi residus procedents d’activitats no agràries.

Actualment, hi ha una necessitat creixent de millorar la gestió de les dejeccions ramaderes mitjançant les tecnologies de tractament pels motius següents:

- Exportar/eliminar nutrients de les zones on es produeixen en excés (quan els nutrients de les dejeccions superen les necessitats dels conreus), per prevenir la contaminació de sòls i aqüífers.

- Desenvolupar un nou model de mercat basat en l’economia circular i, per tant, en l’aprofi-tament de tots els recursos disponibles tot minimitzant l’ús de les matèries primeres.

- Obtenir nous productes que s’adaptin millor a les necessitats de fertilització i/o d’esmena orgànica que exigeix el mercat.

- Reduir les emissions de gasos contaminants (amoníac i gasos d’efecte hivernacle) durant la gestió de les dejeccions.


2.1. El tractament de les dejeccions ramaderes a la granjaEl tractament de les dejeccions ramaderes dins del marc agrari és la pràctica que es realitza per una explotació ramadera de manera individualitzada, que canvia les condicions físiques o químiques de les dejeccions, amb l’opció d’afegir-hi altres materials orgànics (segons la Llei estatal 22/2011, de 28 de juliol, de Residus i Sòls Contaminats). No totes les tecnologies de tractament de les dejeccions tenen el mateix grau de desenvolupament i implementació. D’acord amb els criteris establerts pel Grup d’Experts en Sistemes de Tractament de les Dejeccions Ramaderes (GETDR1, coordinat pel DARP), s’entén com a tecnologia consolidada de tractament de les dejeccions ramaderes aquella tecnologia (o combinació de processos de tractament) que ha estat suficientment contrastada en condicions de camp i que és viable a nivell tècnic, econòmic i ambiental. Actualment, el DARP considera tractaments consolidats la separació sòlid-líquid, el compostatge, la digestió anaeròbia, l’assecatge solar i la nitrificació-desnitrifica-ció (NDN). La majoria d’aquestes tecnologies de tractament consolidades s’inclouen en el que es coneix com a millor tècnica disponible (MTD), tal com s’estableix en el punt 4.7 de la Decisió d’Execució (UE) 2017/3022. Una MTD ha estat determinada com a tal per la Comissió de la UE quan satisfà els estàn-dards d’eficiència i viabilitat tècnica i econòmica, així com de reducció dels impactes ambientals. D’acord amb aquest coneixements previs, a una MTD se li pressuposa un determinat rendiment si compleix amb una sèrie de requisits tècnics i d’operació. A la Taula 2.2 es presenten de forma resumida les tecnologies consolidades de tractament de les dejeccions ramaderes que es preveuen en el marc agrari de Catalu-nya, tant pel que fa als rendiments de referència en termes de recuperació o eliminació del nitrogen, com en els productes valoritzables que generen. Al Capítol 3 d’aquesta Guia es fa una descripció detallada a nivell tècnic, ambiental i econòmic de cada una d’aquestes tecnologies de tractament.

Taula 2.2. Resum de les tecnologies de tractament de les dejeccions ramaderes consolida-des previstes dins del marc agrari de Catalunya, amb el seu rendiment típic, tipologies de dejeccions (i les fraccions d’aquestes) que poden ser tractades, i els productes valoritzables obtinguts.

Tecnologia de Tractament

Tipus de procés

Rendiment a (%)

Tipus de dejeccions a tractar

Productes valoritzables obtinguts

Separació sòlid-líquid Fisicoquímic 10-50

Purins, fracció líquida Fracció sòlida

Compostatge Biològic 85 Fems, gallinassa, fracció sòlida Compost

Nitrificació-desnitrificació Biològic 60 Fracció líquida Aigua tractada

Assecatge solar Fisicoquímic 85Purins, fems, gallinassa, fracció sòlida

Matèria orgànica seca

Digestió anaeròbia Biològic 95

Purins, fems, gallinassa, fracció sòlida

Digerit, biogàs

a Valors de referència de recuperació del nitrogen a la fracció valoritzable en termes agronòmics (fracció sòlida, compost, fracció seca, o digerit), o eliminat com a nitrogen gas en el cas de la nitrificació-desnitrificació.

1 Grup d’Experts de Tractament de Dejeccions Ramaderes (GETDR): https://ruralcat.gencat.cat/documents/20181/5504020/Contextualitzacio2.pdf/530f8cee-bc58-41ec-b1e8-f33b64e33b34

2 Decisió d’execució (UE) 2017/302 de la Comissió, de 15 de febrer de 2017, per la que s’estableixen les conclusions sobre les millors tècniques disponibles (MTD) en el marc de la Directiva 2010/75/UE del Parlament Europeu i del consell respecte a la cria intensiva d’aus de corral o de porcs.


Per altra banda, una tècnica de tractament emergent és aquella en la qual hi ha perspectives ben fonamentades que pot tenir un bon rendiment, però que encara no disposa de suficient informació a ni-vell de camp per verificar la seva viabilitat tècnica, econòmica i ambiental. Si es vol instal·lar un sistema de tractament de les dejeccions que s’enquadri dins d’aquesta categoria, en aquest cas caldrà aportar evidències suficients per assignar-li un valor d’eficiència des de la perspectiva de la gestió del nitrogen i de les emissions atmosfèriques. També es considera com a tecnologia emergent les millores a les tec-nologies consolidades descrites anteriorment, que puguin justificar una modificació a l’alça dels nivells de referència per a la reducció del nitrogen. La validació de l’eficiència relacionada amb millores de les tecnologies consolidades també requerirà un estudi en condicions reals d’explotació. Finalment, les tec-nologies emergents s’analitzen al Capítol 4 d’aquesta Guia.

Taula 2.3. Contingut en nutrients (NPK)1 de diferents productes obtinguts del tractament de les dejeccions ramaderes, així com en d’altres residus orgànics, expressats en kg per tona en el cas de ser materials de consistència sòlida i en kg per m3 si són líquids.

Fertilitzant orgànic N total (kg/m3,t)N orgànic (kg/m3,t)

P2O5 (kg/m3,t)

K2O (kg/m3,t)

Productes de tractaments dins del marc agrari

Fracció líquida de purí porcí b 4,1 1,1 1,3 0,2

Fracció líquida de purí porcí c 1,3 0,3 0,1 0,2

Fracció sòlida de purí porcí b 6,1 3,3 4,1 0,2

Fracció sòlida de purí porcí c 9,2 5,9 3,2 0,2

Fracció seca de purí porcí d 43,1 13,8 52,0 37,0

Compost 16,3 13,3 15,8 11,0

Digerit (Digestor rurals purí porcí de mares) 2,6 0,6 1,0 1,5

Productes de tractaments fora del marc agrari: e

Digerit de planta de biogàs 3,7 1,1 1,3 1,4

Fangs de depuradora urbana 11,7 9,1 13,7 0,6

Compost de fang de depuradora 38,0 30,0 36,0 7,0

Compost de fracció orgànica dels residus municipals 20,0 18,0 14,0 13,0

Compost residus orgànics agroindustrials 21,0 16,0 22,0 10,0

Compost de fracció vegetal 8,0 7,5 4,0 7,01 NPK: és la fórmula de definir el contingut de nitrogen, fòsfor i potassi d’un fertilitzant. El fòsfor (P) està expressat en forma de P2O5 (P: P2O5/2,29) i el potassi està expressat en forma de K2O (K: K2O/1,2).

a Font: DARP (informació no publicada). b Sistema de separació mitjançant tamisat i/o cargol premsa.c Sistema de separació mitjançant centrífuga amb coagulant i polímer.d Fracció orgànica de la recollida selectiva dels residus municipals.e Font: ARC (informació no publicada).

El tractament de les dejeccions ramaderes permet l’obtenció d’uns productes més estables i més ho-mogenis (Taula 2.3), reduint les emissions de gasos contaminants durant el seu emmagatzematge i


facilitant la seva aplicació en camp. La major part dels productes obtinguts procedent del tractament de les dejeccions són la fracció sòlida i líquida obtingudes mitjançant processos fisicoquímics de separa-ció dels purins, així com el compost, el digerit i l’efluent d’una nitrificació-desnitrificació provinents dels processos biològics aerobis i anaerobis de tractament. El Decret 153/2019 classifica les dejeccions ramaderes i els productes obtinguts un cop tractades en Fertilitzants tipus 1 i tipus 2, amb les definicions següents:

- Fertilitzants Tipus 1: Contenen nitrogen orgànic i una relació C/N alta (superior a 10) i la major part del nitrogen que contenen és de mineralització lenta. Es consideren fertilitzants Tipus 1 els productes següents: fem de vaquí, fem de conill, fem d’oví, fem de cabrum, fem d’equí, compost, fems porcins, fracció sòlida de purins porcins, fracció sòlida de purins bovins, determinades gallinasses amb clofolla d’arròs o palla, oliasses, morca, brisa, vinas-ses i materials assimilables als anteriors. Les dejeccions ramaderes associades a matèries carbonàcies difícilment degradables (per exemple, gallinasses amb serradures), malgrat tinguin una relació C/N superior a 10, es consideren fertilitzants Tipus 2.

- Fertilitzants Tipus 2: Contenen nitrogen orgànic i una relació C/N baixa (inferior a 10) o, si és més alta, contenen matèries carbonàcies difícilment degradables. La major part del nit-rogen que contenen és mineral o fàcilment mineralitzable. Es consideren fertilitzants Tipus 2, els productes següents: purins de porc, fracció líquida de purins de porc, gallinassa lí-quida, gallinassa sòlida, gallinassa amb serradures, purins bovins, fracció líquida de purins bovins, digerits procedents de digestió anaeròbia, fertilitzants comercials organominerals, fangs de depuradora tractats i materials assimilables als anteriors. També s’estableix una subclassificació en la qual les gallinasses sòlides conformen els fertilitzants Tipus 2a, i la resta de fertilitzants el Tipus 2b.

És important tenir en compte el Reial Decret 506/2013, de 28 de juny, sobre productes fertilitzants quan l’objectiu final del tractament és obtenir un fertilitzant homologat, i la normativa SANDACH (Reglament CE núm. 1069/2009, de 21 de octubre) sobre l’ús de subproductes animals i productes derivats no destinats al consum humà. El marc normatiu dels tractaments dins del marc agrari en l’àmbit català està acotat pel Decret 153/2009 per una part, però la Decisió d’Execució (UE) 2017/302 també afecta totalment a les explotacions incloses a l’annex I.1 de la Llei 20/2009, de 4 de desembre, de prevenció i control ambiental de les activitats, i parcialment a gran part de la resta d’explotacions porcines i avícoles d’acord amb les normatives estatals d’ordenació d’aquests sectors.


3. Tecnologies de tractament consolidadesEl tractament de les dejeccions animals és tan antic gairebé com el propi desenvolupament de l’agri-cultura i la ramaderia. Escrits de fa més de 3.000 anys, a la Mesopotàmia, ja mencionen l’ús dels fems presumiblement compostats com a fertilitzant agrícoles. En aquest període històric també hi ha indicis que els assiris utilitzaven el biogàs produït a partir de fems per escalfar banys públics. No obstant això, és a finals del segle XIX i inicis del XX, amb la revolució industrial, quan els processos del compostatge i la digestió anaeròbia s’aborden des d’una perspectiva científica i tècnica que els ha dut al grau de consolidació actuals. A més d’aquestes biotecnologies “clàssiques” de tractament, també existeix una abundant bibliografia científica i experiències d’aplicació amb els processos de separació sòlid-líquid i la nitrificació-desnitrificació. Finalment, en aquesta Guia també es considera l’assecatge solar com a tecnologia consolidada per causa de la seva recent validació amb experiències en explotacions reals a Catalunya.

Taula 3.1. Característiques de quatre explotacions ramaderes típiques, i de les dejeccions que generen, utilitzades com a exemples en aquesta Guia pel que fa a l’estimació dels costos de tractament.

Paràmetre Granja A Granja B Granja C Granja D

Tipus d’explotacióPorcí

d’engreixPollastres d’engreix

Vedells d’engreix

Vacum de llet

Capacitat (places) 4.000 110.000 850 400

Cicles/any 2,3 5,5 1,22 1

Dejeccions produïdes (m3,t/any) a 2.400 935 1.700 8.525

Nitrogen generat (kg/any) 18.850 18.260 18.700 40.918

Emmagatzematge de les dejeccions

Fosses/bassa

FemerEstable/femer

Fosses/bassa

Concentració de nitrogen (kgN/m3,t) a

7,85 19,53 11,00 4,8

Analítica de les dejeccions

Matèria seca (%) 8,83 71,89 34,42 12,59

Matèria orgànica (%) 70,3 83,27 75,43 81,71

Nitrogen total (kg/ m3,t) a 7,85 19,51 11,15 4,8

Nitrogen amoniacal (kg/ m3,t) a 5,50 3,80 2,51 1,8

Nitrogen orgànic (kg/ m3,t) a 2,36 15,71 8,64 3,00

Fòsfor (kg/ m3,t) a 1,75 9,99 3,79 0,64

Potassi (kg/ m3,t) a 3,2 17,40 11,98 2,1a Producció i contingut expressat en relació a m3 en el cas de purins o en tones en el cas dels fems i la gallinassa.

A l’hora de triar un d’aquests sistemes per al tractament de les dejeccions ramaderes a la granja, cal tenir en compte les limitacions de caràcter tècnic i econòmic, que aniran en funció de cada explotació. Primer caldrà saber la quantitat i la composició de les dejeccions a tractar, pel que fa a la seva possible destinació com a fertilitzants orgànics de qualitat. Els objectius principals que determinin aquesta elecció vindran donats per la reducció dels costos de transport/aplicació, la minimització dels costos de tractament i fins i tot la possibilitat de produir energia renovable, la necessitat d’eliminar nitrogen en


zones excedentàries per a aquest nutrient, o la recuperació de nutrients (N, P i K) per exportar-los com a fertilitzants orgànic de qualitat, l’obtenció d’aigua adequada per al reg/fertirrigació, etc. A més de facilitar la gestió de les dejeccions per minimitzar la contaminació de nitrogen i fòsfor en els sòls i ens els aqüífers, la planta de tractament també haurà de minimitzar les emissions contaminants a l’atmosfera (principalment els gasos causants de l’efecte hivernacle i l’amoníac, però també les males olors, partícules, etc.), l’eliminació dels microorganismes patògens dels productes finals obtinguts (higienització), i l’estalvi gràcies a la substitució dels fertilitzants d’origen mineral.

En darrer terme, si els condicionants tècnics són semblants, el principal criteri per a l’elecció de la tecno-logia de tractament vindrà donat pels costos econòmics d’instal·lació i operació de la planta. Una anàlisi detallada d’aquesta qüestió és força complexa i va més enllà del propòsit d’aquesta Guia, però s’ha optat per plantejar exemples per a cada tecnologia de tractament dimensionada per una granja tipus, d’acord amb les característiques que es resumeixen a la Taula 3.1. Les característiques d’aquestes granges mo-del s’han definit per ser representatives de les explotacions més abundants a Catalunya. També s’ha es-timat per a cada exemple el cost unitari de tractament (CUT), paràmetre que es correspon a la despesa necessària per tractar una unitat de dejecció, per exemple una tona, tant en termes de pes fresc com de la quantitat de nitrogen gestionat (recuperat o eliminat). La utilitat del cost unitari de tractament és la de facilitar la comparació en termes econòmics entre les diferents tecnologies de tractament.

Taula 3.2. Equacions del cost anual equivalent (CAE) i del cost unitari de tractament (CUT).

11

En darrer terme, si els condicionants tècnics són semblants, el principal criteri per a l’elecció de la tecnologia de tractament vindrà donat pels costos econòmics d’instal·lació i operació de la planta. Una anàlisi detallada d’aquesta qüestió és força complexa i va més enllà del propòsit d’aquesta Guia, però s’ha optat per plantejar exemples per a cada tecnologia de tractament dimensionada per una granja tipus, d’acord amb les característiques que es resumeixen a la Taula 3.1. Les característiques d’aquestes granges model s’han definit per ser representatives de les explotacions més abundants a Catalunya. També s’ha estimat per a cada exemple el cost unitari de tractament (CUT), paràmetre que es correspon a la despesa necessària per tractar una unitat de dejecció, per exemple una tona, tant en termes de pes fresc com de la quantitat de nitrogen gestionat (recuperat o eliminat). La utilitat del cost unitari de tractament és la de facilitar la comparació en termes econòmics entre les diferents tecnologies de tractament.

Taula 3.2. Equacions del cost anual equivalent (CAE) i del cost unitari de tractament (CUT).

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝐶𝐶% ∙𝑖𝑖

1 − (1 + 𝑖𝑖)-. + 𝐹𝐹% + 𝐶𝐶0 ∙𝑖𝑖

1 − (1 + 𝑖𝑖)-1 + 𝐹𝐹0

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 =𝑄𝑄5𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

i = Taxa d’interès (valor considerat 3 %) CO = Cost de l’obra civil nO = Vida útil de l’obra civil (valor considerat 20 anys) FO = Despeses anual de manteniment de l’obra civil CM = Costos de la maquinària i equipaments nM = Vida útil de la maquinària (valor considerat 10 anys) FM = Despeses anuals de funcionament QT = Quantitat de dejeccions tractades, o nitrogen gestionat, anualment

Per a la determinació del CUT s’ha aplicat el mètode del càlcul del cost anual equivalent (CAE) segons la fórmula i les assumpcions de la Taula 3.2. El valor del CAE es correspon amb totes les despeses presents i futures generades durant la vida d’un projecte, distribuïts amb un cost uniforme per cada anualitat d’aquest. Si hi haguessin ingressos anuals, per exemple per la venda d’energia o de fertilitzants orgànics, aquests s’han sostret del CAE obtingut. Aquest indicador s’utilitza habitualment per avaluar projectes que generalment són font de despesa, com és el cas del tractament de les dejeccions ramaderes, i facilitar la tria de la millor opció en termes de menor cost quan hi ha diferents alternatives.

i = Taxa d’interès (valor considerat 3 %)CO = Cost de l’obra civilnO = Vida útil de l’obra civil (valor considerat 20 anys)FO = Despeses anual de manteniment de l’obra civilCM = Costos de la maquinària i equipamentsnM = Vida útil de la maquinària (valor considerat 10 anys)FM = Despeses anuals de funcionamentQT = Quantitat de dejeccions tractades, o nitrogen gestionat, anualment

Per a la determinació del CUT s’ha aplicat el mètode del càlcul del cost anual equivalent (CAE) segons la fórmula i les assumpcions de la Taula 3.2. El valor del CAE es correspon amb totes les despeses pre-sents i futures generades durant la vida d’un projecte, distribuïts amb un cost uniforme per cada anualitat d’aquest. Si hi haguessin ingressos anuals, per exemple per la venda d’energia o de fertilitzants orgànics, aquests s’han sostret del CAE obtingut. Aquest indicador s’utilitza habitualment per avaluar projectes que generalment són font de despesa, com és el cas del tractament de les dejeccions ramaderes, i facilitar la tria de la millor opció en termes de menor cost quan hi ha diferents alternatives.


3.1. Separació sòlid-líquidEs fonamenta en processos fisicoquímics que permeten separar part dels sòlids dels purins obte-nint-se dues fraccions amb diferents característiques: una fracció més diluïda amb un baix contingut de sòlids (fracció líquida), i una altra més concentrada amb un elevat contingut de sòlids (fracció sòlida). Per tant, el procés de separació sòlid-líquid permet una redistribució de nutrients entre les dues fracci-ons, facilitant-ne la seva gestió final. La tecnologia de la separació sòlid-líquid de les dejeccions és potser la més estesa a nivell de granja, ja que sovint s’aplica com a pretractament en combinació amb altres processos. Aquest és el cas de l’eliminació del nitrogen amoniacal dels purins mitjançant la nitrifica-ció-desnitrificació, tractament que s’aplica necessàriament sobre la fracció líquida, o en el compostatge de la fracció sòlida.

3.1.1. Fonament científic-tècnicLa separació dels sòlids en suspensió dels purins es pot dur a terme per decantació o mitjançant mèto-des mecànics (Figura 3.1.1). La decantació consisteix en deixar els purins en repòs perquè les partícu-les vagin sedimentant al fons de la bassa, mentre la fracció líquida es va extraient per la part superior. Aquest és un procés important en la depuració de les aigües residuals urbanes, però no té gaire aplicació en l’àmbit de les dejeccions pel fet de requerir basses de grans dimensions que s’han de mantenir sense turbulències. És més habitual, doncs, aplicar mètodes de separació basats en l’acció d’elements mecà-nics. Així mateix, en funció dels elements mecànics emprats, es classifiquen en sistemes per gravetat, per pressió i per centrifugació. També es poden utilitzar determinats agents químics per augmentar l’efi-ciència de la separació, situació en la que es parla de separació fisicoquímica.

Separadors sòlid-líquid Mètodes mecànics Per gravetat Tamís estàtic (+++)

Tamís vibratori (+)

Tamís rotatiu (++)

Tamís lliscant (-)

Per pressió Premsa de rodets Tamís raspallat (++)

Rodets perforats (++)

Premsa de bandes (-)

Premsa de cargol (+++)

Filtre premsa De buit (+)

De pressió (++)

Per centrifugació Hidrocicló (-)

Centrífuga Horitzontal (+++)

Vertical (-)

Decantació natural (++)

Figura 3.1.1. Classificació dels sistemes de separació sòlid-líquid més habituals al marc agrari i nivell d’implementació: alt (+++), mitjà (++), baix (+), no utilitzat (-).

La separació per gravetat consisteix en fer passar el purí pel seu propi pes, a través d’un tamís amb diferent llum de malla (diàmetre dels orificis entre 250 – 750 micres). El seu rendiment està relacionat amb el contingut de sòlids i fibra del purí, el cabal de treball i la llum de la malla. És el sistema de sepa-ració mecànica amb un menor cost energètic i s’acostuma a utilitzar com etapa prèvia en sistemes de separació més intensiu. Pel que fa a la separació per pressió, a l’hora de fer passar el purí a través del


tamís, s’afegeix pressió addicional. El diàmetre de pas dels tamisos més habitual és de 300–650 micres. A més de les característiques dels sòlids del purí i de la llum de la malla, el rendiment dependrà de la pressió aplicada. Aquesta es regula habitualment amb un contrapès a la sortida de la fracció sòlida, de forma que s’obté una fracció sòlida amb major o menor grau d’humitat.

La separació per centrifugació es diferencia de les dues anteriors en el fet que els sòlids es separen mitjançant la força centrifuga, que desplaça els sòlids a l’exterior de l’eix de rotació mentre que el líquid es recupera al centre. Habitualment, es realitza una etapa prèvia de separació per gravetat i/o pressió per tal d’optimitzar la separació i per protegir l’equip d’elements impropis. És el sistema de separació amb més eficiència, però a l’hora és el que té un consum energètic més elevat.

Per tal d’incrementar l’eficiència dels separadors mecànics, sobretot en els de centrifugació, es poden emprar agents precipitants. Aquests additius químics afavoreixen la coagulació i la floculació de par-tícules de mida molt petita (col·loides) que d’altra manera no sedimentarien de manera natural. Això és degut a la seva mida i pel fet que tenen càrregues superficials (habitualment negatives) que provoquen una repulsió mútua, motiu pel qual tenen tendència a mantenir-se en suspensió. El coagulants neutra-litzen les càrregues elèctriques repulsives, i permeten que s’aglomerin formant coàguls. Els floculants faciliten l’agregació de partícules, prèviament coagulades o no, per formar flocs més grans i facilitar la sedimentació i la separació mecànica.

Els agents precipitants més habituals utilitzats amb els separadors es resumeixen a la Figura 3.1.2. Com a coagulants habituals, hi trobem el sulfat d’alumini, el sulfat de ferro o el clorur de ferro. Aquests coagulants produeixen uns flocs voluminosos que, quan sedimenten, provoquen un efecte afegit d’arros-segament de compostos que troben a la seva trajectòria. Dins dels floculants hi ha una àmplia família de compostos orgànics amb càrrega superficial, anomenats polielectròlits. És convenient que els agents precipitants (coagulants i floculants) no aportin compostos que puguin afectar la qualitat i l’ús posterior de la fracció sòlida separada.

Agents precipitants Coagulants Sulfat d’alumini

Sulfat de ferro

Clorur de ferro

Hidròxid de calç

Òxid de calç

Hidròxid de magnesi

Floculants Inorgànics Sulfat d’alumini

Clorur de polialumini

Polímer de poliacrilamida

Orgànics sintètics Poliacrilamida

Polietilenimina

Orgànics naturals Alginat de sodi

Figura 3.1.2. Classificació dels principals agents precipitants utilitzats en els sistemes de separació sòlid-líquid.


3.1.2. Implementació a la granjaLa instal·lació d’un separador sòlid líquid es fonamenta bàsicament en un equip més o menys compacte, però també requereix d’una sèrie d’infraestructures i elements de control per a la seva implantació i funcionament, tal com es detalla a la Taula 3.1.1. Per altra banda, l’operació dels separadors mecànics requereix d’energia elèctrica, essent la separació mecànica per centrifugació el sistema amb un major consum, seguit pels de pressió i, finalment, els que funcionen per gravetat. Així mateix, cal tenir en compte que hi ha altres equips perifèrics que tenen un consum elèctric rellevant, com són les bombes, el remenador, el dosificador, etc.

Taula 3.1.1. Elements bàsics d’una planta de tractament de purins per separació sòlid-líquid.

Infraestructures- Bassa d’entrada: Bassa impermeable on s’emmagatzema el purí. S’ha de dissenyar de

forma que es pugui homogeneïtzar el purí amb un agitador o similar.- Bassa de la fracció líquida: Bassa impermeable per emmagatzemar la fracció líquida

de sortida del separador. El seu dimensionament dependrà del destí final de la fracció líquida.

- Superfície per emmagatzemar la fracció sòlida: Superfície impermeable amb un pendent mínim del 1-2% i amb recollida de lixiviats. En zones amb una elevada pluviometria és recomanables que estigui coberta.

- Plataforma elevada per a la instal·lació del separador: Plataforma (oberta o tancada) on s’instal·la el separador i tots els seus components. Per permetre l’acumulació de la fracció sòlida i permetre que la fracció líquida es condueixi a la bassa on s’emmagatzema és recomanable que estigui a una certa alçada.

Equips- Separador sòlid líquid: Equip o conjunt d’equips de separació en continu. - Bomba d’impulsió: Bomba per impulsar el purí de la bassa d’entrada al sistema de sepa-

ració. És recomanable disposar d’un triturador, per tal de protegir l’equip i evitar que entrin elements que pugin obturar o espatllar el separador.

- Alimentador amb retorn a la bassa: Sistema d’entrada amb retorn pel purí sobrant quan el cabal d’entrada és major al cabal de treball del separador o quan hi ha algun problema d’obturació del separador sòlid-líquid.

- Remenador de la bassa d’entrada: No és imprescindible, però el separador treballa molt millor si ho fa amb un purí homogeni.

- Dosificador d’additius: Quan s’aplica algun coagulant/floculant s’ha de disposar d’un equip per poder aplicar la dosi d’additiu requerida.

Elements de control- Cabalímetres totalitzadors: Per conèixer el volum de purí tractat i l’eficiència del sistema,

és necessari instal·lar aquests elements a l’entrada del separador i/o a la sortida de la fracció líquida.

- Comptador del consum elèctric: Per conèixer el cost de gestió és necessari tenir instal·lat un comptador elèctric del sistema.

Additius i altres materials- Agents precipitants: Productes coagulants i floculants (Figura 3.1.2).

Els separadors sòlid-líquid més habituals a la granja són els de tipus cargol-premsa, els quals poden incorporar un tamís de rampa per dur a terme una primera separació més grollera (Figura 3.1.3). Les explotacions que requereixen d’una major necessitat per exportar nutrients, tenen la possibilitat d’incre-mentar el rendiment de la separació mitjançant l’addició d’una segona etapa de separació per tractar la fracció líquida resultant de la primera basada en el procés de centrifugació.


Figura 3.1.3. Imatge de l’esquerra: Sistema de separació sòlid-líquid dels purins mitjançant un ta-mís de rampa i un cargol premsa. Imatge de la dreta: Equip de separació sòlid-líquid de la fracció líquida dels purins mitjançant centrifugació.

3.1.3. Eficiència de tractamentL’eficiència d’un separador sòlid-líquid es mesura per la distribució de nutrients entre les dues fases i de la quantitat d’aquests que es recupera amb la fracció sòlida. Per conèixer la distribució dels nutrients cal quantificar els cabals de purins d’entrada, així com el de les fraccions sòlida i líquida de sortida, i conèi-xer el contingut de nutrients en aquestes tres fraccions. Aplicant el sistema d’equacions de la Taula 3.1.2 basat en els balanços de la massa, és possible determinar l’eficiència del sistema entesa com la quanti-tat de nitrogen que resta a la fracció sòlida. Aquest mètode de càlcul també es sol aplicar als sòlids totals.


Taula 3.1.2. Mètode i exemple del càlcul de l’eficiència de de tractament d’un separador sòlid-líquid.

Balanç de masses entre les fraccions líquida i sòlida

16

Taula 3.1.2. Mètode i exemple del càlcul de l’eficiència de de tractament d’un separador sòlid-líquid. Balanç de masses entre les fraccions líquida i sòlida 𝑄𝑄6 = 𝑄𝑄78 +𝑄𝑄7: 𝑄𝑄6 × 𝐶𝐶6 = 𝑄𝑄78 × 𝐶𝐶78 +𝑄𝑄7: ×𝐶𝐶7:

Eficiència de separació

𝜂𝜂 = 𝑄𝑄78 ×𝐶𝐶78 𝑄𝑄6 × 𝐶𝐶6=

Llegenda Qp : Cabal d’entrada al separador del purí QFS : Cabal de sortida del separador de la fracció sòlida QFL : Cabal de sortida del separador de la fracció líquida

Cp : Contingut de nutrients/sòlids al purí CFS : Contingut de nutrients/sòlids a la fracció sòlida CFL : Contingut de nutrients/sòlids a la fracció líquida η : Eficiència del sistema

Exemple pràctic del càlcul dels balanços i rendiments d’un separador sòlid-líquid durant un any d’operació Informació que disposa el ramader mitjançant el seguiment i les mesures fetes al seu sistema de separació, cabals del purí tractat i de la fracció sòlida obtinguda: QP = 3.500 m3/any (equivalents a 3.710 t/any tenint en compte que la densitat del purí és de 1,030 t/m3) QFS = 600 t/any Composició del purí tractat i de la fracció sòlida obtinguda

Composició Purí Fracció sòlida Matèria seca (%) 8,83 23,5 Matèria orgànica (%) 70,3 80,5 Nitrogen total (kg/ m3,t) 7,85 9,51 Nitrogen amoniacal (kg/ m3,t) 5,50 4,30 Nitrogen orgànic (kg/ m3,t) 2,35 5,21 Fòsfor (kg/ m3,t) 1,75 6,50 Potassi (kg/ m3,t) 3,2 2,52

Resultats Rendiment màssic del sistema: 𝜂𝜂 = >??@/B-C

D.FG?@/B-C× 100 = 16%

Rendiment màssic del nitrogen (N), fòsfor (P) i potassi (K), entesa com la proporció de N, P i K que es distribueix a la fracció sòlida, d’acord amb la fórmula: 𝜂𝜂 = KLM×NLM

KO×NO

Element Fórmula 𝜼𝜼 (%)

Nitrogen 600 𝑡𝑡 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎⁄ × 9,51𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑡𝑡

3.500𝑚𝑚D 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎⁄ × 7,85𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚D 21

Fòsfor 600 𝑡𝑡 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎⁄ × 6,5𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑡𝑡


Potassi 600 𝑡𝑡 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎⁄ × 2,52𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑡𝑡


En resum, aquest sistema de separació distribueix a la fracció sòlida el 21% del nitrogen, el 64% del fòsfor i el 14% del potassi.


16



𝜂𝜂 = 𝑄𝑄78 ×𝐶𝐶78 𝑄𝑄6 × 𝐶𝐶6=






D.FG?@/B-C× 100 = 16%


KO×NO









LlegendaQp : Cabal d’entrada al separador del puríQFS : Cabal de sortida del separador de la fracció sòlidaQFL : Cabal de sortida del separador de la fracció líquida

Cp : Contingut de nutrients/sòlids al puríCFS : Contingut de nutrients/sòlids a la fracció sòlidaCFL : Contingut de nutrients/sòlids a la fracció líquidaη : Eficiència del sistema

Exemple pràctic del càlcul dels balanços i rendiments d’un separador sòlid-líquid durant un any d’operació

Informació que disposa el ramader mitjançant el seguiment i les mesures fetes al seu sistema de separació, cabals del purí tractat i de la fracció sòlida obtinguda:

QP = 3.500 m3/any (equivalents a 3.710 t/any tenint en compte que la densitat del purí és

de 1,030 t/m3)QFS = 600 t/any

Composició del purí tractat i de la fracció sòlida obtinguda

Composició Purí Fracció sòlida

Matèria seca (%) 8,83 23,5

Matèria orgànica (%) 70,3 80,5

Nitrogen total (kg/ m3,t) 7,85 9,51

Nitrogen amoniacal (kg/ m3,t) 5,50 4,30

Nitrogen orgànic (kg/ m3,t) 2,35 5,21

Fòsfor (kg/ m3,t) 1,75 6,50

Potassi (kg/ m3,t) 3,2 2,52

Resultats

Rendiment màssic del sistema:

Rendiment màssic del nitrogen (N), fòsfor (P) i potassi (K), entesa com la proporció de N, P i K que es distribueix a la fracció sòlida, d’acord amb la fórmula:

Element Fórmula (%)

Nitrogen 21

Fòsfor 64

Potassi 14


16



𝜂𝜂 = 𝑄𝑄78 ×𝐶𝐶78 𝑄𝑄6 × 𝐶𝐶6=






D.FG?@/B-C× 100 = 16%


KO×NO









16



𝜂𝜂 = 𝑄𝑄78 ×𝐶𝐶78 𝑄𝑄6 × 𝐶𝐶6=






D.FG?@/B-C× 100 = 16%


KO×NO









16



𝜂𝜂 = 𝑄𝑄78 ×𝐶𝐶78 𝑄𝑄6 × 𝐶𝐶6=






D.FG?@/B-C× 100 = 16%


KO×NO










És important tenir en compte que els rendiments de separació, tant dels nutrients com dels sòlids, són molt variables i depenen de diferents factors, com ara la tecnologia de separació aplicada, les caracte-rístiques del purí d’entrada, la regulació del cabal, l’ús de coagulants/floculants, etc. A la Taula 3.1.3 es presenta un rang de valors de referència acceptats pel DARP, de l’eficiència de recuperació del nitrogen a la fracció sòlida, en funció del tipus d’explotació i la tecnologia de separació.3

Taula 3.1.3. Rendiments de separació en termes de la massa i el nitrogen de les dejeccions recuperats a la fracció seca (%) dels sistemes de separació sòlid-líquid per a purins d’origen porcí i vaquí. Font: GETDR3.

Tipus de separació Porcí engreix

(>7% MS)Porcí mares

(>3% MS)Vaquí

(>5% MS)

Massa Nitrogen Massa Nitrogen Massa Nitrogen

Per gravetat

Sense coagulant o floculant

15 20 10 15 15 20

Amb coagulant o floculant

20 25 15 20 20 25

Per pressió


15 20 10 15 20 25


25 30 15 20 25 30

Per centrifugació


14 28 10 30 - -


20 50 15 45 20 50

3.1.4. Ús agronòmic dels productes obtingutsTal com s’ha indicat prèviament, el procés de separació sòlid-líquid genera dos subproductes: una fracció amb menys humitat i més concentrada en nitrogen orgànic, fòsfor, matèria orgànica i metalls pesants (frac-ció sòlida), i una altra amb més quantitat d’aigua, nitrogen amoniacal i sals dissoltes com el potassi (frac-ció líquida). Ambdues fraccions es poden utilitzar directament com a fertilitzant, però cal tenir en compte que la seva composició ha canviat (Taula 3.1.4) i que, per tant, el seu maneig també ha de ser diferent:

- Fracció sòlida: Fertilitzant orgànic de Tipus 1 (relació C/N alta), és més apropiada com a adob de fons (rica en matèria orgànica, nitrogen orgànic i fòsfor).

- Fracció líquida: Fertilitzant orgànic de Tipus 2 (relació C/N baixa), és indicat com a adob de cobertora dels cereals o en aquells sòls on els nivells de fòsfor són elevats, ja que la relació N/P és més elevada que la del purí original (té una menor concentració en fòsfor i és més rica en nitrogen amoniacal i potassi). També pot es pot utilitzar en la fertirrigació.

3 Grup d’Experts de Tractament de Dejeccions Ramaderes (GETDR):https://ruralcat.gencat.cat/documents/20181/4069835/1.-DescTractamentsEnMarcAgrari.pdf/da2b943f-4162-4815-86e8-daae8070ff40


Alternativament a la seva gestió directa com a fertilitzant, aquestes fraccions es poden seguir processant de manera diferenciada. La fracció sòlida es pot tractar amb altres tecnologies consolidades (compostat-ge, digestió anaeròbia, i assecatge solar), o amb d’altres processos menys comuns de valorització de la biomassa (combustió, pel·letització i piròlisi). Pel que fa a la fracció líquida, també es pot tractar mitjan-çant tecnologies consolidades (digestió anaeròbia i la nitrificació-desnitrificació), o amb tecnologies que actualment tenen la consideració d’innovadores (stripping/absorció, precipitació d’estruvita, electrocoa-gulació, ultrafiltració, osmosi inversa, etc.). En funció del tractament aplicat, s’obtindran diversos subpro-ductes que caldrà gestionar d’acord amb les seves característiques i composició química.

Taula 3.1.4. Comparació de la concentració dels nutrients (nitrogen, fòsfor i potassi) i metalls pesants (coure i zenc) després d’una separació sòlid líquid per un sistema de centrífuga amb coagulant i polímer i un sistema de separació de tamisat i/o cargol premsa (Font: IRTA, infor-mació no publicada).

Paràmetre

Centrífuga amb coagulant i polímer a Tamisat i/o cargol premsa b

Purins (kg/m3)

Fracció líquida (kg/m3)

Fracció sòlida (kg/t)

Purins (kg/m3)

Fracció líquida (kg/m3)

Fracció sòlida (kg/t)

Nitrogen total 3,37 1,93 9,24 4,30 4,10 6,07

Nitrogen orgànic 1,12 0,27 5,86 1,29 1,14 3,30

Fòsfor 0,56 0,07 3,16 1,46 1,29 4,10

Potassi 0,24 0,2 0,2 0,24 0,23 0,23

Coure (mg/kg) 4,88 0,66 30,43 15,16 14,70 23,27

Zenc (mg/kg) 26,00 3,25 153,26 124,54 119,43 200,30a Mostres recollides en una única explotació amb barreja de purí de porcí i boví de llet (n=6).b Mostres recollides en 7 explotacions que disposen d’un sistema de separació de tamisat i/o cargol premsa i, amb excepció d’una explotació, totes gestionen únicament purí de porcí (n=17).

3.1.5. Control de les emissionsLa separació sòlid-líquid no és un procés que generi emissions de per si, però se’n poden produir en ma-jor o menor grau per causa de l’agitació i turbulències que s’apliquen als purins i a les diferents fraccions. Les olors i les pèrdues de nitrogen en forma d’amoníac són les emissions més habituals, i es produeixen principalment a les basses dels purins i de la fracció líquida, a les recirculacions i rampes de l’equip, i a l’acumulació de la fracció sòlida. Cal indicar que la bassa de la fracció líquida té menys emissions que una bassa de purí no separada, pel fet de tenir un menor contingut de matèria orgànica.

No és senzill mesurar de forma directa la quantitat d’amoníac volatilitzat en el propi separador. No obs-tant això, el confinament en una caseta amb ventilació forçada d’un separador sòlid-líquid d’alt rendiment format per un cargol-premsa i una centrífuga va permetre als tècnics del GETDR fer un seguiment de les pèrdues de nitrogen. Es va demostrar que la volatilització de l’amoníac va contribuir a les pèrdues de nitrogen en menys de l’1% (no es varen tenir en compte les diferents basses d’acumulació dels purins i les seves fraccions). Per aquest motiu, normalment no cal prendre mesures addicionals per controlar les emissions. Si es volgués fer, l’estratègia més adequada per controlar les emissions seria la d’instal·lar el


separador en un recinte tancat i tractar els gasos de sortida amb un biofiltre4, rentador àcid5 o amb un equip similar, en funció de la seva composició.

3.1.6. Costos d’inversió i operacióEl cost d’inversió de les infraestructures (basses, plataforma per emmagatzemar la fracció sòlida i una plataforma per al separador), dependrà molt de les circumstàncies particulars de cada explotació, de les infraestructures existents, de la mida de les basses, de la ubicació del separador, etc. A mode orientatiu, el cost d’una bassa se situa entre 10 i 24 €/m3 segons la capacitat, del material utilitzat (formigó o de làmina) i del volum que s’hagi d’excavar. El cost d’instal·lació de la plataforma per a l’emmagatzematge de la fracció sòlida se situa entre 20 i 30 €/m2. Pel que fa als equips i elements de control com són el separador pròpiament dit, el remenador, el triturador, la bomba, etc., els costos d’inversió se situaran entre els 6.000 € i els 100.000 € segons la tecnologia de separació utilitzada i dels elements d’operació i control instal·lats. L’ús additius implica un augment dels costos que pot arribar a 1,5 €/m3, tot i que aquest increment es veurà compensat per un major rendiment de separació. En aquest sentit, si es compara un sistema amb una baix cost unitari (per exemple, d’1 € /m3) però amb un baix rendiment de separació del nitrogen (10%), amb un altre sistema amb un cost unitari elevat (3,5 €/m3) però amb un rendiment alt de separació del nitrogen (50%), el cost per unitat de nitrogen separat es pot invertir, essent més car el separador amb un menor cost per unitat de purí tractada: 1,27 € versus 0,89 € per quilo de nitrogen separat a la fracció sòlida (Taula 3.1.5).

Taula 3.1.5. Costos típics de tractament dels sistemes de separació sòlid líquid en funció del rendiment de separació dels diferents nutrients i fraccions.

ParàmetreSeparador de

baix rendimentSeparador d’alt

rendiment

Rendiment de separació de N (%) 10 50

Rendiment de separació de P (%) 15 80

Costos unitaris de separació (€/m3) 1 4,16

N separat a la FS per cada m3 de purí tractat (kg) 0,785 3,925

P separat a la FS per cada m3 de purí tractat (kg) 0,262 1,40

Cost per unitat de nitrogen separat a la FS (€/kg N) 1,27 1,06

Cost per unitat de fòsfor separat a la FS (€/kg N) 3,81 2,97

El consum energètic de la planta de tractament dependrà de la potència del sistema de separació i de tots els elements perifèrics (bombes, remenadors, etc.) i vindrà molt determinat pel tipus de separador.

4 Biofiltre: Torre empaquetada amb un material porós de rebliment orgànic (normalment compost o escorça de pi) o inert (elements plàstics, grànuls d’argila expandida o perlita) que es manté humit, normalment amb irrigacions intermi-tents, sobre el qual es força el corrent gasós a tractar. Els contaminants volàtils són absorbits a la fase líquida i per els microorganismes que es desenvolupen sobre el rebliment (biopel·lícula), on els compostos volàtils són finalment biode-gradats. Hi ha la variant del biofiltre percolador, en la que el rebliment s’humiteja de forma contínua, recollint i recirculant els lixiviats. En el cas del biorentador, la corrent líquida és tractada en un procés biològic exterior. Aquests sistemes poden utilitzar-se per a eliminar diferents compostos volàtils orgànics i inorgànics, com per exemple l’amoníac o el sulfur d’hidro-gen, però no les partícules. Les emissions d’amoníac poden reduir-se entre un 70% i un 95%.

5 Rentador àcid: En aquest cas, l’aire a tractar s’impulsa a través d’una columna empaquetada en contracorrent a una solució àcida (usualment, àcid sulfúric) que absorbeix l’amoníac, reduint-lo del corrent d’aire entre el 70% i el 95%. Aquest sistema fisicoquímic de tractament de l’aire permet l’eliminació de concentracions d’amoníac que poden ser ele-vades, però se sol combinar amb la biofiltració per tal d’eliminar els compostos orgànics volàtils, per causa de la poca solubilitat d’aquests darrers.


Mentre el consum energètic d’un separador de rampa se situa entre 0,3 i 0,5 kWh/m3, amb un sistema de centrifugació el consum s’incrementa fins a 2-4 kWh/m3. Quan el sistema de separació és natural (de-cantació), únicament s’ha de conèixer el consum energètic per bombejar la fracció líquida o per extreure la fracció sòlida (segons el disseny del sistema). A la Taula 3.1.6 es presenta un exemple de dimensiona-ment i estimació dels costos a una granja típica de porcs d’engreix.

Taula 3.1.6. Exemple d’aplicació de la separació sòlid-líquid a una granja de porcs d’engreix.

Dimensionament- Es vol instal·lar un separador sòlid-líquid a una granja de porcs d’engreix de 4.000 places

(Exemple A de la Taula 3.1), que cada any genera 2.400 m3 de purins que contenen un 8,83% de matèria seca i 7,85 kg per tona de nitrogen total.

- El sistema de separació escollit és un separador d’alt rendiment que consta de dues fa-ses, format per una primera etapa amb un cargol premsa seguida per una centrífuga. La capacitat de tractament és de 4 m3 per hora, amb el qual la instal·lació pot funcionar un màxim de 6 hores per dia durant els dies laborables.

- Amb el purí d’aquesta granja, els 4 m3 tractats cada hora resulten en 3,8 m3 de fracció líquida i 180 kg per hora de fracció sòlida, que conté un 43,2% de sòlids i uns 89 g/kg de nitrogen.

- Segons el càlcul del balanç de masses d’acord amb la Taula 3.1.2, i assumint que 1 m3 de purí té una massa aproximada de 1 tona, l’eficiència de separació de sòlids, del nitrogen i del fòsfor total serà del 22%, 50% i 80%, respectivament.

Costos d’instal·lació- Els costs de construcció de l’obra civil addicional, que inclou una bassa per a la recepció

del purí i una altra per a recollir la fracció líquida, el sòcol per acumular la fracció sòlida i la caseta que alberga la maquinària, s’estimen en 25.000€, amb una vida útil de 20 anys.

- L’equip de separació sòlid-líquid té un cost de 65.000 €, que inclou també el manteniment, i la seva vida útil és de 10 anys.

Costos de consumibles- Es consumeixen 0,2 kg d’un producte polielectròlit concentrat per cada m3 de purí tractat,

que té un cost de 3,25 €/kg (0,65 € per m3 de purí), fet pel qual la despesa anual del con-sum de floculants serà de 1.650 €.

- El consum elèctric de la planta de tractament és de 2,8 kWh/m3. Si prenem com a referència un cost mitjà del kWh de 0,1246 €, això representa una despesa anual de 837 €.

Beneficis de la venda- Es considera que la fracció sòlida final es cedida a una planta de compostatge, que a

canvi la ve a recollir sense cost.

Cost unitari del tractament- D’acord amb els nombres anteriors, el cost anual equiv

Documents

impressus Guia tractament dejeccions · 2020. 12. 15. · Aquesta Guia pretén ser una eina oberta i dinàmica, que acompanyi les innovacions del sector ramader, i que es pugui anar