compostaggio

Definizione di compost Prodotto ottenuto mediante processo di decomposizione e di trasformazione della sostanza organica operato da microrganismi aerobi

Da “Compositum”: prodotto della elaborazione biologica dei rifiuti organici solidi opportunamente mescolati Compostaggio = processo di umificazione artificiale realizzato su scala agricola o industriale Processo di umificazione: insieme dei processi di sintesi che formano composti colloidali per lo più insolubili a spese di prodotti più o meno solubili provienenti dalla decomposizione della sostanza organica

Il Compost (prodotto finale del processo di compostaggio) è (dovrebbe essere) un materiale più stabile del materiale di partenza Processo di umificazione naturale avviene in superficie senza intervento umano (calore eventualmente prodotto dalle attività microbiche viene dissipato con facilità) Processo di umificazione artificiale (compostaggio) avviene generalmente in cumuli (calore prodotto da attività microbiche determina un aumento della temperatura) Il compostaggio è un processo esotermico di ossidazione biologica nel quale il materiale organico è decomposto da microrganismi in un ambiente particolare, caratterizzato da alte temperature, umidità e presenza di ossigeno. Durante il processo la sostanza organica biodegradabile va incontro a trasformazioni chimico fisiche che danno un prodotto finale (Humus) stabile Inoltre il prodotto finale risulta avere un valore come fertilizzante organico ammendante del suolo.

Fra i più utilizzati ricordiamo: I prodotti che possono essere impiegati nel compostaggio sono vari e possono essere miscelati a composti organici e inorganici. Fra i più utilizzati ricordiamo: Rifiuti urbani (composizione variabile) scarti di fattoria paglie e altri scarti di cerali, fanghi di depurazione, ecc. Il processo può essere considerato come una completa serie di interazioni fra il rifiuto organico, microrganismi , umidità e ossigeno. Il processo di degradazione della sostanza organica avviene in natura molto lentamente. Questo processo può essere accellerato ammassando in cumuli il materiale di scarto in modo che si mantenga di più il calore sviluppato dai processi metabolici; che a loro volta , sono accelerati dall’innalzamento della temperatura. Il prodotto finale il compost è costituito da residui organici più resistenti alle degradazioni del materiale organico di partenza -dalla biomassa dei microrganismi morti o vivi e dai prodotti di ulteriori reazioni chimiche.

MICROBIOLOGIA DEL COMPOSTAGGIO Ogni gruppo suddivisibile in funzione della temperatura PSICROFILI temperatura  20 C° MESOFILI “  40 C° TERMOFILI “ >40 C° I batteri almeno 2000 specie possono costituire il 50% della biomassa microbica totale 108-109 cellule /g Attinomiceti: si sviluppano più lentamente degli altri batteri e dei funghi e quindi non sono dei buoni competitori nei primi stadi del compostaggio 105-108 cellule / g. I funghi giocano un ruolo essenziale nella degradazione della cellulosa/lignina, ma non sono in grado di sopravvivere a temperature superiori a 55 C° 104-106 cellule/g Le alghe 104 cellule /g Protozoi 104 -105 cellule /g Virus

I PARAMETRI DEL PROCESSO Il compostaggio è un dinamico e complicato processo ecologico durante il quale temperatura, pH e disponibilità di nutrienti sono costantemente cambiati. Il tasso di svolgimento del processo è dipendente da una serie di fattori correlati: dimensioni delle particelle nutrienti caratteristiche dei prodotti da compostare sostanze aggiunte umidità ossigeno/aereazione agitazione temperatura pH

Dimensioni delle particelle POROSITA’ DEL SUBSTRATO E’ la misura degli spazi vuoti esistenti nella biomassa in compostaggio e determina la resistenza alla circolazione dell’aria E’ correlata con le proprietà fisiche dei materiali e condiziona il processo attraverso l’influenza esercitata sull’aerazione (particelle grandi ed uniformi incrementano la porosità) La porosità risulta elevata all’inizio del processo (per la presenza di materiale grossolano), mentre poi diminuisce in seguito alla decomposizione del substrato ed all’assestamento del cumulo

Dimensioni delle particelle più sono piccole più grande è la superficie attaccabile dai microrganismi più veloce sarà il processo vi possono essere però problemi di impaccamento con scarsa diffusione dell’aria della CO2 prodotta dal processo. Dimensioni ottimali: 50 mm per cumuli statici 12,5 mm per sistemi agitati o con aereazione forzata.

NUTRIENTI Si tratta principalmente del rapporto C/N. In alcuni casi può verificarsi carenza di P e K. Il rapporto C/N nei microrganismi è 10:1 mentre il rapporto N/P è di 5-20:1 Dato che circa il 50-60 % del carbonio è perso con CO2 un rapporto di 25:1 è ottimale per non avere perdite di N. Se il rapporto C/N è  25:1 sono necessari più cicli della vita dei microrganismi per riportare il rapporto C/N nel giusto equilibrio. Se il rapporto è C/N < 25:1 (scarti di animali, fanghi di depurazione ecc.) l’N può essere perso come ammoniaca Nella realtà il rapporto C/N ottimale è di 30-35:1

È necessaria una miscelazione in giuste proporzioni di tali matrici PRESENZA DI NUTRIENTI Residui lignocellulosici: C/N = 100-300 Fanghi di depurazione: C/N = 5-15 FORSU: C/N = 50-70 Alla fine del processo il rapporto C/N diminuisce fino a valori compresi tra 15 e 20, per la perdita di CO2 (N rimane abbastanza costante) È necessaria una miscelazione in giuste proporzioni di tali matrici

SOSTANZE AGGIUNTE Coadiuvanti: servono per accelerare il processo. Sono principalmente di due tipi: Attivatori a base di erbe e inoculi. Additivi: vengono aggiunti per il loro contenuto in elementi nutritivi e quando ci possono esse problemi di mancanza di porosità del cumulo.

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) L’acqua pellicolare è essenziale per garantire il trasferimento dell’O2 (e degli altri gas prodotti (CO2, NH3 ecc.) in fase liquida dove sono presenti i microrganismi Per garantire un buon processo l’UMIDITA’ deve essere compresa tra 40% e il 65% U%<40  rallentamento attività U%<20  cessazione attività microbica U%:50-55  massima attività di degradazione

Ossigeno/agitazione Velocizza il processo Impedisce che si creino zone anossiche Troppa agitazione può portare ad un raffreddamento ed essiccamento del cumulo.

Sistemi di aerazione e/o rivoltamenti Ossigeno FASE BIOSSIDATIVA: Fabbisogno di aria (15-40 Nm3/h  t s.s.) Sistemi di aerazione e/o rivoltamenti La carenza di ossigeno provoca l’instaurarsi di condizioni anossiche con produzione di odori acri (accumulo nella biomassa di composti ridotti: acidi grassi volatili, H2S, mercaptani ecc.)

Periodici rivoltamenti Ossigeno FASE DI MATURAZIONE: La richiesta di ossigeno da parte della biomassa è inferiore: concentrazione di O2 compresa tra 1% e 5% le componenti fungine e gli attinomiceti trovano l’ambiente ideale per degradare la componente lignocellulosica e iniziare il processo di umificazione Periodici rivoltamenti

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 biodegradabilità 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 dell’attività)

TEMPERATURA Un controllo della temperatura è garantito dall’aerazione forzata e dai rivoltamenti

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 un’evoluzione durante il processo di compostaggio: Iniziale abbassamento verso valori acidi (5-6) per la produzione di CO2 e acidi grassi volatili Innalzamento fino a valori basici (8-9), per la liberazione di NH3 Successivamente si assiste ad un progressivo allineamento dei valori verso la neutralità (7-8)

Impianti Compostaggio in cumuli Compostaggio in bioreattori Rivoltati Statici aerati Compostaggio in bioreattori Corsie dinamiche Trincee aerate Sistemi DANO …………

Cumuli o pile

Cumuli aerati

Corsie dinamiche

Trincee aerate

Sistemi DANO

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 l’effluente gassoso (solitamente in controcorrente) Combustori (termici o catalitici)  le sostanze odorose vengono ossidate termicamente in ambiente ricco di O2

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

OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO BIOFILTRI Biofiltro up-flow aperto Biofiltro up-flow aperto con sistema di umidificazione dell’aria Biofiltro down-flow aperto con sistema di umidificazione dell’aria

Perché fare compost