Stripping dell'ammoniaca dal digestato: funzionamento, costi e prodotti ottenuti

Lo stripping dell'ammoniaca è un processo in cui l'azoto ammoniacale viene trasferito da un liquido (solitamente la frazione liquida del digestato dopo separazione) a un flusso gassoso, per poi essere fissato in un acido sotto forma di sale, più comunemente solfato d'ammonio. Condizione per un efficace stripping è lo spostamento dell'equilibrio NH₄⁺ ⇄ NH₃ verso l'ammoniaca libera, attraverso l'aumento del pH e della temperatura; il recupero tipicamente varia da alcune decine di percento a oltre il 90% dell'azoto ammoniacale. Il prodotto, una soluzione di solfato d'ammonio, è un fertilizzante azotato concentrato con un volume notevolmente inferiore rispetto al digestato.

Principio di funzionamento

1. Preparazione del liquido: la frazione liquida dopo separazione (per limitare i solidi sospesi e l'intasamento del riempimento) viene riscaldata, spesso utilizzando il calore di scarto della cogenerazione (CHP).
2. Aumento del pH: l'aggiunta di una base (idrossido di sodio o calce) o la degasazione della CO₂ sposta il pH a valori intorno a 9–10 o superiori; più alto è il pH e la temperatura, maggiore è la frazione di NH₃.
3. Stripping: in una colonna di riempimento, il liquido scorre verso il basso mentre l'aria o il vapore fluiscono in controcorrente e trasportano via l'NH₃.
4. Assorbimento: il flusso gassoso contenente ammoniaca viene inviato a uno scrubber con acido solforico; si forma solfato d'ammonio (NH₄)₂SO₄, solitamente in soluzione con una concentrazione di alcune decine di percento in massa.
5. Circolazione del gas: l'aria dopo lo scrubber può essere reimmessa nel processo di stripping.
6. Liquido post-processo: presenta un contenuto ridotto di azoto ammoniacale e può essere utilizzato come diluente nel digestore o applicato sui campi.

A causa dell'equilibrio, l'NH₃ libero rappresenta una frazione significativa del TAN solo a pH elevato — la formula è stata riportata nell'articolo sull'inibizione da ammoniaca. A 70 °C, il pKa è circa 8,0, quindi anche a pH 9 predomina la forma libera.

Esempio di bilancio

Ipotesi: 10.000 m³ di liquido all'anno, TAN = 3,0 g N/l (30 t N all'anno), recupero dell'80% (24 t N). Il solfato d'ammonio contiene circa il 21,2% di N (28 / 132), quindi la massa di sale = 24 / 0,212 ≈ 113 t (in forma solida); in soluzione al 35% si ottengono circa 320 t di soluzione all'anno. Consumo di acido solforico: 1 mol di H₂SO₄ lega 2 mol di NH₃, quindi 24.000 kg N / 14 = 1.714 kmol N → 857 kmol H₂SO₄ ≈ 84 t di acido al 100% (circa 86 t con acido al 98%). Inoltre, è necessaria una base per aumentare il pH e energia termica per riscaldare il liquido. Il consumo esatto dipende dall'alcalinità del liquido (elevata alcalinità = maggiore consumo di base).

Varianti tecnologiche

Vantaggi

• riduzione del contenuto di azoto nel liquido, facilitando il rispetto dei requisiti per i campi;
• prodotto fertilizzante a composizione stabile e volume ridotto, facile da trasportare;
• riduzione dell'inibizione da ammoniaca quando il liquido post-processo viene ricircolato nel digestore;
• possibilità di vendita dell'azoto.

Limitazioni e costi

• costi dei prodotti chimici (acido, base), energia e manutenzione;
• necessità di separazione preliminare e rimozione dei solidi sospesi;
• formazione di incrostazioni (carbonati) nelle colonne;
• gestione della soluzione di solfato d'ammonio — status giuridico e qualità del prodotto (contenuto di metalli); la vendita come fertilizzante richiede il rispetto dei requisiti per i prodotti fertilizzanti; è necessario verificarli caso per caso;
• rischio di emissioni di ammoniaca e necessità di misure di sicurezza durante la manipolazione di acidi e basi.

Quando è conveniente

1. Il digestato presenta un'alta concentrazione di TAN (diversi g N/l) e i costi di gestione dell'azoto aumentano.
2. Si verifica inibizione da ammoniaca che impone la limitazione dei dosaggi.
3. È disponibile calore di scarto a basso costo.
4. Esiste un mercato per il fertilizzante azotato.

Checklist decisionale

• Misurare TAN, pH, alcalinità e solidi sospesi del liquido.
• Calcolare il bilancio dell'N e il consumo di reagenti per il recupero previsto.
• Verificare i requisiti normativi per il prodotto e l'impianto (emissioni, stoccaggio di prodotti chimici).
• Confrontare con le alternative: diluizione, modifica del mix, trasporto del digestato ai destinatari.
• Richiedere al fornitore referenze su digestati con mix simili.

Lo stripping è uno strumento utile negli impianti con eccesso di azoto, ma raramente è la prima scelta: è preferibile ottimizzare prima il mix e la logistica.

Gestione operativa e problemi tipici

Nella pratica, i problemi più comuni sono la formazione di incrostazioni di carbonato sul riempimento della colonna (che richiede un lavaggio periodico con acido), l'intasamento del sistema da parte dei solidi sospesi in caso di separazione insufficiente, la corrosione e le fluttuazioni della concentrazione del prodotto. È consigliabile monitorare in continuo pH, temperatura, portata del liquido e dell'aria, nonché la concentrazione di TAN in ingresso e in uscita; una riduzione del recupero è il primo segnale di intasamento del riempimento. La soluzione di solfato d'ammonio viene stoccata in serbatoi chimicamente resistenti, con protezione contro le perdite e controllo della ventilazione, mentre la gestione richiede dispositivi di protezione individuale e formazione sulla manipolazione di acidi e basi.