Enhancing phosphorous recovery in anaerobic treatment of manure

Manure has always been used as fertiliser through injection in the soil without pre-treatment. However, this management system is not sustainable due to many impacts on the environment; the loss of phosphorous is of concern because, besides the eutrophication damage, it is subject to depletion, with the mineable rocks exhausted within 130 years. Manure from ruminant animals, on the other hand, is an alternative renewable phosphorous source due to his high content of nutrients in faeces and urine, when efficient technologies for the recovery of nutrients are implemented. Recent studies found promising results for calcium phosphate (CaP) recovery from black water in an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, and the same technology is studied for dairy manure at Wetsus, Leeuwarden, Netherlands. Good results were obtained feeding a UASB reactor with dairy mixed manure sieved at 2 mm, therefore this study investigates how to further pre-treat the influent and improve its characteristics. A sieve separation method is applied to fresh, 15 days old, 1 month and 2 months old manure to analyse the distribution of total solids and phosphorous among the particles according to their size, to understand in which way it is affected by storage, and to verify if solid liquid separation can concentrate phosphorous in the thin liquid fraction to feed to the reactor. Stirring is also applied to manure before the process to evaluate the effect on separation efficiency. Mixed manure sieved at 0.2 mm is then fed to one lab scale UASB reactor to measure how much phosphorous can be detained in the sludge for the recovery as CaP and how much methane is produced. Finally, the layout for a new management system of manure is outlined, and an example of application to a real situation in a farm is given. Further research is needed to maximise phosphorous recovery by improving the layout of the reactor and granulation of the sludge.

Il letame è da sempre usato come fertilizzante tramite iniezione nel suolo senza pretrattamenti. Però questo sistema di gestione non è sostenibile per via degli impatti sull’ambiente; il più preoccupante è la perdita di fosforo perché, oltre al danno dovuto all’eutrofizzazione, è soggetto all’esaurimento, con le rocce minabili che saranno esaurite entro 130 anni. D’altro canto, il letame prodotto dai ruminanti è una fonte alternativa e rinnovabile di fosforo per via del suo alto contenuto di nutrienti nelle feci e nelle urine, quando sono utilizzate tecnologie efficienti per il recupero di nutrienti. Recenti studi hanno scoperto promettenti risultati per il recupero di fosfato di calcio (CaP) dalle acque di rifiuto civili in un reattore a biomassa anaerobica trattenuta con flusso verso l'alto (UASB), e la stessa tecnologia è studiata per il letame prodotto da mucche da latte a Wetsus, situato a Leeuwarden in Olanda. Buoni risultati sono stati ottenuti alimentando il reattore con letame misto (feci e urine) prodotto dalle mucche da latte con dimensione dei solidi minore di 2 mm, quindi questo lavoro investiga come pretrattare ulteriormente l’influente e migliorarne le caratteristiche. Un metodo di separazione tramite setacci è applicato al letame fresco e vecchio di 15 giorni, 1 mese e 2 mesi per analizzare la distribuzione dei solidi e del fosforo tra le particelle in base alla loro dimensione, per capire in che modo essa si modifichi durante lo stoccaggio, e per verificare se il processo di separazione solido-liquido può concentrare il fosforo nella frazione più piccola e liquida da alimentare al reattore. Il letame è mescolato prima di subire il processo di separazione per valutare l’effetto sull’efficienza di separazione. Il letame misto separato secondo una dimensione di 0.2 mm è successivamente alimentato in un reattore UASB a scala di laboratorio per misurare quanto fosforo può essere trattenuto nel fango per il recupero di CaP e quanto metano viene prodotto dalla degradazione della sostanza organica. Infine, la struttura di un nuovo sistema di gestione del letame è delineata, e viene fornito un esempio numerico di applicazione a una reale fattoria. È necessaria ulteriore ricerca per massimizzare il recupero di fosforo migliorando la configurazione del reattore e rendendo il fango granulare.