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Gli aspetti gestionali di un impianto di compostaggio: la stabilità, i presidi, la qualità del compost Luca Paradisi ARPAV, Osservatorio Regionale per.

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1 Gli aspetti gestionali di un impianto di compostaggio: la stabilità, i presidi, la qualità del compost Luca Paradisi ARPAV, Osservatorio Regionale per il Compostaggio Corso di specializzazione sul compostaggio di qualità Padova, 14 marzo 2006

2 Ruolo strategico del compostaggio nellambito della gestione integrata dei rifiuti, perché: La raccolta dellorganico permette il raggiungimento di elevate percentuali di raccolta differenziata (> 35%): (Dati ARPAV 2005)

3 Ruolo strategico del compostaggio nellambito della gestione integrata dei rifiuti, perché: La raccolta dellorganico deve essere sostenuta da uno sviluppo degli impianti di compostaggio: (Dati ARPAV 2005)

4 Ruolo strategico del compostaggio nellambito della gestione integrata dei rifiuti, perché: La raccolta dellorganico permette di ridurre gli impatti ambientali della discarica: Programma RUB della Regione Veneto adottato con DGRV 3022 del

5 Obiettivi di un impianto di compostaggio: Produzione di un ammendante compostato di qualità (ACQ) Trattamento di rifiuti selezionati Gestione integrata dei rifiuti Attività imprenditoriale rifiuti in ingresso vendita compost ottimizzazione costi Profitti da: Corretta gestione operativa del processo dei presidi ambientali

6 Schema di flusso di un processo di compostaggio Ricevimento materiali FORSU miscelazione lignocellulosicifanghi Triturazione Maturazione Raffinazione e stoccaggio Biossidazione Sovvallo Perdite di processo Aerazione forzata rivoltamenti rivoltamenti Ammendante compostato di qualità Sezioni chiuse, mantenute in depressione e dotate di sistemi di aspirazione delle arie esauste e di raccolta delle acque di processo Sezioni aperte

7 La qualità del compost Qualità del compost = qualità matrici in ingresso + corretta gestione del processo (stabilità)

8 ELEMENTOU.M.A.ACVACMATC pH Umidità% 50 Carbonio Organico% s.s Azoto Organico% s.t. 80 Cadmiomg/kg s.s. 1.5 Ramemg/kg s.s. 230 Mercuriomg/kg s.s. 1.5 Nichelmg/kg s.s. 100 Piombomg/kg s.s. 140 Zincomg/kg s.s. 500 Cromo VImg/kg s.s. 0.5 Rapporto C/N Materiale plastico ( 3.33 mm) % s.s Materiale plastico ( mm) % s.s Altri inerti- vetro metalli ( 3.33 mm) % s.s. 0.9 Altri inerti- vetro metalli ( mm) % s.s. 0.1 Materiali plastici ed altri inerti ( 10 mm) % s.s.assenti Acidi umici e fulvici% s.s Torba% t.q. 50 Salmonellen° / 25gassenti Enterobacteriacee totaliUFC/g 100 Streptococchi fecaliMPN/g 1000 Nematodi, Trematodi, Cestodin° /50 gassenti

9 Caratteristiche delle matrici in ingresso Residui verdi (alto C/N, lentam biodeg., strutturanti) FORSU (medio C/N, velocem biodeg.) Fanghi civili (basso C/N, elevato peso specifico) Fanghi agroalimentari (C/N variabile, elevato peso specifico) Scarti agroindustriali (caratteristiche variabili)

10 METALLI PESANTI caratteristiche delle matrici trattate (Dati ARPAV 2005)

11 METALLI PESANTI nei fanghi civili e agroindustriali (Dati ARPAV 2005)

12 METALLI PESANTI nel compost (Cd, Hg) confronto con L. 748/84 e bozza di Direttiva europea (Dati ARPAV 2005)

13 METALLI PESANTI nel compost (Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) confronto con L. 748/84 e bozza di Direttiva europea (Dati ARPAV 2005)

14 quindi per i METALLI PESANTI: Rispetto dei limiti della L. 748/84 negli ACQ contenenti fanghi vi è maggiore possibilità di superamento dei limiti tabellari in particolar modo se i fanghi sono di provenienza civile la conformità dei fanghi in ingresso allimpianto allallegato IB del d.lgs. n. 99/1992 non è garanzia del raggiungimento dei limiti per il compost È necessario che la percentuale di fanghi non agroindustriali nella miscela iniziale sia inferiore al 35%, come indicato nella L. 748/84, anche nella prospettiva di produrre compost conforme alla classe 1 della bozza di direttiva europea

15 INERTI caratteristiche delle matrici trattate Qualità della FORSU e sistema di raccolta Qualità della FORSU e tipologia di sacchetto usata per il conferimento (Dati ARPAV 2004)

16 INERTI caratteristiche delle matrici trattate Qualità della FORSU e sistema di raccolta Qualità della FORSU e tipologia di sacchetto usata per il conferimento (Dati ARPAV 2004)

17 INERTI nel compost (> 10 mm) In funzione della tipologia di sacchetto (Dati ARPAV 2004) Percentuale di rispetto dei limiti Percentuale in peso di inerti s.s. > 10 mm

18 Problematica degli inerti: approfondimento diverse classi merceologiche nel compost finito problemi legati alla metodica analitica e alla def. di inerte definizione limite univoco (Dati ARPAV 2005)

19 INERTI Influenza sulla quantità di scarti prodotti FORSU in sacco biodegradabile FORSU in sacco bio e PE FORSU in sacco PE (Dati ARPAV 2004)

20 Caratteristiche del sovvallo finale ricircolato INERTI Influenza sulle caratteristiche del sovvallo (Dati ARPAV 2005)

21 quindi per gli INERTI : FORSU in sacchetto biodegradabile e sistema di raccolta porta a porta: migliore qualità del compost minori quantità di scarti prodotti impianti Costi ??????

22 Costi: Consorzio con utenze t di organico raccolto, di cui ca t di FORSU e ca t di verde CASO sacchetto biodegradabile 8 anno/utenza sacco biodegradabile /anno CASO sacchetto PE (shopper) Scarti prodotti dallimpianto: t (pari al 22%) 100,00 /t costo smaltimento scarti in discarica /anno Più costi di pretrattamento (D. Lgs. 36/03)

23 LA GESTIONE DEL PROCESSO Le condizioni che influenzano il processo di compostaggio sono da ricondurre ai fattori che agiscono sui microrganismi (devono essere garantite le condizioni di optimum per il loro sviluppo): Porosità del substrato Presenza di ossigeno Umidità Temperatura Presenza di nutrienti e corretti equilibri nutrizionali pH

24 CONDIZIONI DI PROCESSO POROSITA DEL SUBSTRATO E la misura degli spazi vuoti esistenti nella biomassa in compostaggio e determina la resistenza alla circolazione dellaria E correlata con le proprietà fisiche dei materiali e condiziona il processo attraverso linfluenza esercitata sullaerazione (particelle grandi ed uniformi incrementano la porosità) La porosità risulta elevata allinizio del processo (per la presenza di materiale grossolano), mentre poi diminuisce in seguito alla decomposizione del substrato ed allassestamento del cumulo Le caratteristiche fisiche della miscela possono essere così corrette: triturazione e sminuzzamento dei substrati di partenza miscelazione dei substrati di partenza con materiale di supporto (bulking agents)

25 CONDIZIONI DI PROCESSO PRESENZA DI OSSIGENO E un fattore indispensabile per lo sviluppo e lattività dei microrganismi aerobi FASE BIOSSIDATIVA: Fabbisogno di aria (15-40 Nm 3 /h t s.s.) La percentuale di ossigeno deve essere compresa tra 16% e 20%, garantendo: fabbisogno stechiometrico di O 2 temperature non eccessive riduzione dellumidità La carenza di ossigeno provoca linstaurarsi di condizioni anossiche con produzione di odori acri (accumulo nella biomassa di composti ridotti: acidi grassi volatili, H 2 S, mercaptani ecc.) Sistemi di aerazione + rivoltamenti

26 CONDIZIONI DI PROCESSO PRESENZA DI OSSIGENO FASE DI MATURAZIONE : La richiesta di ossigeno da parte della biomassa è inferiore: concentrazione di O 2 compresa tra 1% e 5% le componenti fungine e gli attinomiceti trovano lambiente ideale per degradare la componente lignocellulosica e iniziare il processo di umificazione Periodici rivoltamenti

27 CONDIZIONI DI PROCESSO UMIDITA Il compostaggio è un processo che coinvolge tre fasi: solida (substrato da degradare), liquida (soluzione pellicolare attorno alle particelle solide) e aerea (aria presente nelle porosità) Lacqua pellicolare è essenziale per garantire il trasferimento dellO 2 (e degli altri gas prodotti (CO 2, NH 3 ecc.) in fase liquida dove sono presenti i microrganismi Per garantire un buon processo lUMIDITA deve essere compresa tra 40% e il 65% U%<40 rallentamento attività U%<20 cessazione attività microbica U%:50-55 massima attività di degradazione

28 CONDIZIONI DI PROCESSO TEMPERATURA La decomposizione microbica rilascia una grande quantità di energia sotto forma di calore Il calore diffonde nella massa e, poiché la dispersione è molto lenta (effetto tampone), si verifica un innalzamento della temperatura La fermentescibilità delle matrici sottoposte a compostaggio determina la velocità di degradazione del substrato e quindi il flusso di calore emesso Nelle prime fasi del processo (degradazione di zuccheri, grassi, proteine) si verifica un aumento della temperatura fino a 65-70°C. Per una buona conduzione del processo e per garantire una sufficiente igienizzazione della massa è sufficiente che la temperatura non superi i 60 °C (oltre si ha un calo dellattività)

29 CONDIZIONI DI PROCESSO TEMPERATURA Un controllo della temperatura è garantito dallaerazione forzata e dai rivoltamenti

30 CONDIZIONI DI PROCESSO PRESENZA DI NUTRIENTI I microrganismi necessitano di una giusta proporzione di carbonio e azoto (oltre che degli altri microelementi) per operare la degradazione In particolare, per uno sviluppo ottimale della flora microbica, il rapporto C/N deve essere compreso tra 25 e 35 la miscela avviata al compostaggio deve avere un C/N compreso in tale intervallo: Residui lignocellulosici: C/N = Fanghi di depurazione: C/N = 5-15 FORSU: C/N = Alla fine del processo il rapporto C/N diminuisce fino a valori compresi tra 15 e 20, per la perdita di CO 2 (N rimane abbastanza costante) È necessaria una miscelazione in giuste proporzioni di tali matrici

31 CONDIZIONI DI PROCESSO pH Il valore ottimale nella miscela iniziale deve essere compreso tra 5.5 e 8.0 I batteri preferiscono pH vicini alla neutralità (7), mentre i funghi prediligono pH subacidi Il valore del pH subisce unevoluzione durante il processo di compostaggio: Iniziale abbassamento verso valori acidi (5-6) per la produzione di CO 2 e acidi grassi volatili Innalzamento fino a valori basici (8-9), per la liberazione di NH 3 Successivamente si assiste ad un progressivo allineamento dei valori verso la neutralità (7-8)

32 Il monitoraggio del processo Corretta evoluzione di un processo di compostaggio: omogeneizzazione delle matrici decomposizione ed evoluzione della sostanza organica riduzione peso (ca. 50%) e volume della massa (ca. 40%) diminuzione umidità del materiale (da ripristinare nelle I fasi) diminuzione del potenziale odorigeno riduzione della fitotossicità

33 Principali problematiche gestionali di un impianto di compostaggio: garantire costantemente una buona porosità della miscela mantenere un livello ottimale di umidità (45% – 55%) garantire unidonea aerazione della biomassa effettuare un numero sufficiente di rivoltamenti Il monitoraggio del processo

34 Parametri analitici per monitorare il processo di compostaggio : Parametri biologici: Indice di Respirazione Test di fitotossicità Parametri chimico – fisici: Temperatura, CO 2 (in campo) Umidità pH Carbonio Organico C/N Dinamica dellazoto… Il monitoraggio del processo

35 Indice di Respirazione Parametro che misura indirettamente la stabilità biologica* della sostanza organica, attraverso la misura della respirazione aerobica * STABILITA BIOLOGICA: stato in cui, garantite le condizioni ottimali per lesplicarsi delle attività microbiologiche in condizioni aerobiche (ottimizzazione dei parametri chimico-fisici) i processi di biodegradazione risultano alquanto rallentati (Adani e Tambone, 1998; Iannotti et al, 1993; Feldman, 1995).

36 Indice di Respirazione preparazione campione (adeguamento umidità) incubazione del campione in un reattore ermetico (2–5 giorni) determinazione della velocità di consumo dellossigeno da parte della biomassa (mg O 2 kg -1 SV h -1 ) Metodo statico e dinamico

37 Respirometri statici Respirometro dinamico

38 Studio dellandamento dellIndice di Respirazione in funzione del tempo di processo (Dati ARPAV 2004)

39 CARENTE OSSIGENAZIONE (Dati ARPAV 2004)

40 CARENTE UMIDIFICAZIONE CARENTE POROSITA (Dati ARPAV 2004)

41 IRD ~ 4000 Processo condotto in carenza di aria (Dati ARPAV 2004)

42 stabilità biologica e gestione del processo Compost stabile Corretta evoluzione del processo Decomposizione e trasformazione della sostanza organica Limitazione degli impatti odorigeni Riduzione della fitotossicità =

43 Stabilità crescente Diminuzione fitotossicità (Indice di Germinazione >60%) Stabilità biologica e fitotossicità (Dati ARPAV 2004) r=0.82

44 Stabilità biologica e odori

45 In un impianto di compostaggio deve essere prevista la gestione: delle acque reflue (percolati) prodotte nelle aree di stoccaggio e nelle prime fasi del processo e degli odori e delle polveri prodotti rispettivamente nelle aree di stoccaggio e di biossidazione dei rifiuti (odori) e durante la vagliatura (polveri) attraverso opportuni presidi ambientali OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO

46 GESTIONE DEI PERCOLATI La formazione di percolato in un impianto di compostaggio è legata a: Processo di compostaggio (aree di stoccaggio delle matrici putrescibili, aie di biossidazione) canalette o caditoie di raccolta e vasca di stoccaggio (il percolato può essere utilizzato per bagnare i cumuli oppure condotto alla depurazione se conforme) Fenomeni meteorici (piazzali di stoccaggio del compost o di passaggio degli automezzi, piattaforme di compostaggio in impianti aperti) canalette di raccolta e vasca di raccolta delle acque di prima pioggia (recuperabili nel processo, se idonee, oppure da smaltire ai sensi del D.L. 152/99)

47 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO GESTIONE DEGLI ODORI Le sostanze odorigene vengono prodotte in seguito alla degradazione delle matrici più putrescibili (FORSU, fanghi) da parte dei microrganismi La produzione di odori avviene prevalentemente: nelle aree di stoccaggio dove può capitare che nella biomassa si instaurino processi anaerobici di fermentazione (sistemi di raccolta dellumido a bassa frequenza) Nelle aie di biossidazione, particolarmente durante il rivoltamento (odore intenso se si innescano processi anaerobici scarsa ossigenazione, rivoltamenti radi)

48 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO GESTIONE DEGLI ODORI La diffusione di sostanze odorose allesterno dellimpianto può essere evitata : Realizzando le aree di stoccaggio e di biossidazione in capannoni chiusi Regolando automaticamente la chiusura dei portelloni di accesso a tali sezioni Prevedendo un sistema di aspirazione dellaria in queste sezioni (numero di ricambi/h: 2.5-4) Convogliando le arie esauste verso idonei sistemi di abbattimento degli odori

49 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO SISTEMI DI ABBATTIMENTO DEGLI ODORI I sistemi più largamente adottati per abbattere le emissioni odorigene sono: Biofiltri sono letti costituiti da materiali di origine organica che favoriscono la biodegradazione delle sostanze odorose Scrubber sono costituiti da una struttura di lavaggio, dotata di corpi di riempimento, attraverso la quale viene fatto passare leffluente gassoso (solitamente in controcorrente) Combustori (termici o catalitici) le sostanze odorose vengono ossidate termicamente in ambiente ricco di O 2

50 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO BIOFILTRI Principio di funzionamento del biofiltro Hanno forma parallelepipeda con superficie estesa e altezza < 2 m Sono dotati di pavimentazione forata per il passaggio delleffluente (sistemi up-flow) Il letto deve essere poroso, omogeneo, lentamente degradabile Cippato di legno torba

51 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO BIOFILTRI Biofiltro up-flow aperto Biofiltro up-flow aperto con sistema di umidificazione dellaria Biofiltro down-flow aperto con sistema di umidificazione dellaria

52 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO SCRUBBER Sono di due tipi: Bioscrubber il corpo di riempimento funge da supporto inerte per lo sviluppo dei microrganismi (che degradano le sostanze presenti nelleffluente) Scrubber chimici leffluente viene lavato con acqua, addizionata di: Agenti ossidanti o riducenti (es. H 2 O 2 ) Acidi (H 2 SO 4 ) o Basi (NaOH) Agenti assorbenti (tensioattivi)

53 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO COMBUSTORI Combustione termica leffluente da trattare viene preriscaldato e poi immesso in un bruciatore (T = 800 °C), che ossida completamente la sostanza organica a CO 2 e H 2 O Combustione catalitica dopo il preriscaldamento leffluente viene fatto passare su un letto di materiale refrattario eventualmente completato da una superficie catalitica, riscaldato a T comprese tra 260 e 450 °C

54 Si ringrazia per lattenzione


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