1. Processo di maturazione biologica controllata, in ambiente aerobico, della sostanza organica...

Processo di maturazione biologica controllata, in ambiente aerobico, della sostanza organica attraverso il quale si ha la produzione di materiali a catena molecolare più semplice, più stabile, igienizzati, ricchi di composti umici.

Il processo avviene ad opera di diversi ceppi di microrganismi operanti in ambiente aerobico: batteri funghi, attinomiceti, alghe, protozoi, presenti naturalmente nelle biomasse organiche.

2

IL COMPOSTAGGIO

3

IL COMPOSTAGGIO: LA NATURA INSEGNA

In natura non esiste il concetto di rifiuto: nei cicli biologici, infatti, ciò che viene scartato da un organismo diventa una risorsa per altri esseri viventi, così che nulla viene sprecato ma tutto si trasforma. Gli organismi morti, le deiezioni animali o i resti vegetali vengono decomposti da particolari organismi, detti decompositori, che trasformano gli scarti degli altri esseri viventi in preziose risorse.

4

Il processo aerobico può essere descritto con la seguente relazione:

Materiale organico + O2 + microrganismi

=

Compost + CO2 + H2O + NO-3 + SO4

2- + calore

Il compostaggio essere finalizzato a diversi processi riconducibili a 2 tipologie:

1. Compost di qualità: a carico di biomasse di buona qualità selezionate alla fonte, indirizzato alla produzione di materiali valorizzabili nelle attività agronomiche in coerenza al D.Lgs. 217/06;

2. Biostabilizzazione a carico di matrici organiche di qualità inferiore(fanghi con elevato tenore di metalli pesanti frazioni organiche da separazione meccanica del rifiuto indifferenziato)

5

IL TRATTAMENTO DELLA MATRICE ORGANICA

3. Digestione anaerobica: in cui la degradazione della frazione organica viene gestita in ambiente anaerobico allo scopo di sfruttare a livello energetico il biogas prodotto. La digestione anaerobica può avvenire a carico di matrici organiche i buona qualità ovvero di materiali con qualità inferiore.

6

IL TRATTAMENTO DELLA MATRICE ORGANICA

Degradazioni aerobiche Degradazioni anaerobiche

CO2

PO4---

SO4--

NO-3

C

P

S

N

CH4

PH3

H2S

NH3

1. Batteri;

2. Funghi;

3. Attinomiceti;• Interazione sinergica tra le varie popolazioni di microrganismi: i

prodotti metabolici di una tipologia di microrganismi sono usati come nutrimento di altri.

• Lavorano a regimi termici differenti e la attività è strettamente influenzata dalle temperature del processo

Solo sulla superficie

Microrganismi psicrofili Microrganismi mesofili Microrganismi termofili

0 < t < 30° 30°< t < 45° 45° < t < 90°

7

Il COMPOSTAGGIO : GLI AGENTI DEL PROCESSO

I batteriSono i più piccoli organismi viventi unicellulari o pluricellulari. Sempre presenti sulle biomasse. Le specie sono circa 1000, subiscono una forte crescita in ambienti ad elevata umidità e soprattutto in presenza di materiale biodegradabile

Hanno un largo spettro di attività operando in un ampio di pH, purché non troppo acidi.

I funghiSono agenti della decomposizione della materia organica nel terreno soprattutto in

condizioni di acidità, diversamente dai batteri possono vivere in sub strati secchi sfruttando l’ umidità della atmosfera. Vivono in un ampio range di pH, possono operare tra 2 < pH < 9. I funghi possono essere distinti in:

8

Il COMPOSTAGGIO : GLI AGENTI DEL PROCESSO

1. muffe

2. lieviti

Gli attinomicetiSono batteri di natura filamentosa, per la presenza di concatenazioni di cellule simili alle ife dei funghi, ma più piccole e prive di nucleo. Sono presenti nel processo del compostaggio sono aerobi e termofili. La maggior parte vive nel terreno a cui conferisce il tipico odore di terra.

1) Biossidazione ( ACT)

Intensi processi di degradazione delle componenti organiche più facilmente degradabili (zuccheri, amminoacidi)

Consumo di O2 produzione di anidride carbonica

Fase esotermica, l’ energia è prodotta dalla rottura dei legami chimici dei diversi composti organici

La temperatura può arrivare ai 65-70°C, sono necessari rivoltamenti per la dissipazione

Igienizzazione della massa e morte dei semi delle piante infestanti.

9

IlLCOMPOSTAGGIO : LE FASI DEL PROCESSO

A seconda delle tecnologie a disposizione la fase dura dai 7 ai 20 giorni

2) Maturazione I processi di decomposizione interessano le molecole organiche più complesse (amido, lignina, cellulosa)

La fase è mesofila con temperature che vanno dai 40-45°C

Fase che dura alcuni mesi

Il materiale si arricchisce di sostanze umiche.

Alla fine del trattamento abbiamo un compost maturo a livello biologico e agronomico

10

IL COMPOSTAGGIO : LE FASI DEL PROCESSO

11

IL COMPOSTAGGIO : LE FASI DEL PROCESSO

Porosità del substrato

Umidità del materiale

Presenza di ossigeno

Rapporto C/N

Il ph

12

IL COMPOSTAGGIO : I PARAMETRI DEL PROCESSO

Porosità del sub strato

In condizioni ottimali valori compresi tra 35-50 %

Influenza: dimensioni granulometriche del materiale da compostare, contenuto di umidità spessore strato del materiale, altezza del cumulo

Porosità totale Porosità libera

13


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)

Umidità del materiale

14


• 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


15


E’ un fattore indispensabile per lo sviluppo e l’attività dei microrganismi aerobi

La percentuale di ossigeno deve essere compresa tra 16% e 20%, garantendo:

• riduzione dell’umidità

•temperature non eccessive

•fabbisogno stechiometrico di O2:

FASE BIOSSIDATIVA:

Fabbisogno di aria

(15-40 Nm3/h t s.s.)

Sistemi di aerazione + 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, ecc.)


16


FASE MATURAZIONE:

Rivoltamenti periodici

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 ligneocellulosica e iniziare il processo di umificazione

Temperatura

Parametro che meglio indica l’ andamento del processo ed è anche quello più facilmente monitorabile

GLUCOSIO 19 KJ/gr.

LIPIDI 39 KJ/gr.

PROTEINE 23 KJ/gr.

17


La decomposizione microbica rilascia una grande quantità di energia sotto forma di calore

La fermentescibilità delle matrici sottoposte a compostaggio determina la velocità di degradazione del substrato e quindi il flusso di calore emesso

Il calore diffonde nella massa e, poiché la dispersione è molto lenta (effetto tampone), si verifica un innalzamento della temperatura

Temperatura Materiale in decomposizione

Temperatura

PATOGENO CONDIZIONI PER LA DISTRIZIONE

Salmonella typhosa 30minuti a 55°C, 20 minuti 60°C

Salmonella sp. Un ora a 55°C 15 minuti a 60°C

Escherichina coli Un ora a 55°C 20 minuti a 60°C

Entamoeba histolytica Pochi minuti a 45°C

Taenia satinta 5 minuti a 55°C

Trichinella spiralis (larvae) 5 minuti a 55°C

Brucella abortus e suis Un ora a 55°C

Mycobacterium tubercolosis 20 minuti a 60°C

Micrococcus piogenes 10 minuti a 50°C

Corynebacter diphteriae 30 minuti a 55°C

Necator americanus Un ora a 45°C

18


Nelle prime fasi del processo (degradazione di zuccheri, grassi, proteine) si verifica un aumento della temperatura fino a 65-70°C.

Rivoltamenti necessari per raffreddare e ossigenare la miscela

• 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 = 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)

19


Rapporto carbonio / azoto

Eccesso di carbonio C/N>30 si ha un rallentamento della decomposizione con allungamento del processo.

Eccesso di azoto C/N < 30 si ha una liberazione dell’ eccesso sotto forma di NH3

20

L’ IMPIANTO

21

L’ IMPIANTO: PROGETTO DI ADEGUAMENTO COMPOSTAGGIO

Un impianto di compostaggio rappresenta la riproduzione a livello industriale, in condizioni accelerate dei meccanismi di degradazione della sostanza organica che si manifestano in natura.

22

FAS DEL PROCESSO DI PRODUZIONE

1) Ricezione verde e umido

2) Miscelazione

3) Biossidazione accelerata

4) Maturazione

5)Raffinazione

6)Stoccaggio compost

23

SCARTI ORGANICI USATI

Scarto organico proveniente dalla raccolta differenziata

Scarti della trasformazione agroalimentare

Sfalci potature

24

LA MISCELAZIONE

• Miscelazione tra Umido e Verde strutturante con percentuale di circa 50%-50%

• La miscelazione avviene con miscelatore a coclee con camera di miscelazione di 10mc, il materiale viene mescolata per circa 15 minuti

• In fase di carico si esegue un controllo della qualità della miscela iniziale facendo attenzione alla composizione ed umidità.

25

LA BIOSSIDAZIONE ACCELERATA

1. Sistema dinamico capannone dotato di 27 corsie rivoltate in automatico da una rivoltatrice;

2. Sistema statico all’ interno di 16 biocontainer scarrabili;

Presidi ambientali:• Sistema di aspirazione aria esausta• Sistema di insufflamento aria;• Trattamento aria con biofiltri;• Sistema di raccolta acque di produzione percolati

26


Impianto con 2 gruppi modulari costituiti da 8 biocontainer scarrabili.

Ciascun gruppo è collegato ad un biofiltro per la depurazione dell’ aria aspirata.

Insufflamento aria dal basso ed aspirazione aria dall’ alto.

Software di gestione e controllo con possibilità di impostazione:

1.Durata del ciclo

2.Frequenza di umificazione

3.Controllo in continuo della temperatura di tutti i biocontainer

27


In un capannone chiuso caratterizzato da 27 corsie, dimensioni in pianta 92x31 metri.

Il carico e lo scarico delle corsie sono attuati in maniera automatizzata rispettivamente con nastro trasportatore e con trasportatore a catena redler.

Flusso del materiale è chiaramente unidirezionale con graduale trasferimento del materiale da una estremità della corsia ( zona di carico) all’ estremità opposta (zona di scarico).

L’ avanzamento del materiale è garantito dalla rivoltatrice e risulta mediamente di 3-4 metri. La rivoltatrice è caratterizzata da un nastro elevatore inclinato (45°) abbinato ad un rotore anteriore.

28

LA MATURAZIONE

il prodotto si stabilizza arricchendosi di sostanze umiche: si tratta della fase di cura (curing) caratterizzata dall’ esaurimento della degradazione della frazione organica più fermescibile ed alla decomposizione più lenta, la temperatura è intorno ai 40-50 gradi. La maturazione avviene in un capannone chiuso, il materiale disposto in cumuli, il rivoltamento e l’ avanzamento avviene con pala meccanica.

LA RAFFINAZIONE

1. Raffinazione dimensionale con vaglio rotante e maglia con fori circolari da 10 mm;

2. Separazione balistica per la separazione di inerti o materiali indesiderati;

3. Separazione magnetica;

29

FLOW SHEET

30

LA STABILITA’ DEL COMPOST

La stabilità biologica e agronomica del compost è valutata attraverso la misura della sua respirazione aerobica

Indice respirometrico ( IRD-IRS)

• determinazione della velocità di consumo dell’ossigeno da parte della biomassa (mg O2 kg-1 SV h-1)

• Metodo statico e dinamico

Fine fase ACT IRD< 1000 (mg O2 kg-1 SV h-1)

Compost maturo IRD< 500 (mg O2 kg-1 SV h-1)

La bio - filtrazione è sostanzialmente un sistema biologico di abbattimento degli odori che sfrutta l’azione di una popolazione microbica eterogenea, costituita da lieviti, muffe e batteri che vive essenzialmente sulle particelle del materiale filtrante costituente il biofiltro.

Dal biofiltro vengono rilasciati principalmente anidride carbonica, acqua e composti inorganici e solo una piccola quantità di molecole odorigene. Gli agenti biologici “nutrendosi” delle molecole responsabili degli odori trasformano i composti indesiderati in molecole non più maleodoranti.

31

LA BIOFILTRAZIONE DELL’ ARIA

32

IL COMPOST PRODOTTO

Ammendante compostato misto ai sensi dell’ D.Lgs. 217 /2006.

Rispetto parametri:1.Sostanze utili;2.Metalli pesanti;3.Parametri biologici;4.Inerti;5.Proprietà agronomiche

33

IL D. LGS. 217 /2006 “Revisione della disciplina in materia di fertilizzanti”

•Ammendanti Compostati Misti

•Nuovi limiti Qualitativi;

•Tracciabilità;

•Registro dei Fabbricanti;

•Registro dei fertilizzanti consentiti in agricoltura biologica;

34

IL REGISTRO DEI FERTILIZZANTI

35

LA FERTILIZZAZIONE

Concimazione: apporto di elementi nutritivi direttamente utilizzabili dalla pianta

fertilizzazioneAmmendamento:apporto di sostanze al terreno in grado di migliorarne le caratteristiche fisiche

Correzione: miglioramento dei pH

Apporto di sostanze al terreno in grado di migliorarne la fertilità.

• la sostanza organica è la componente del suolo più sensibile all’ azione esercitata dall’ uomo attraverso le pratiche agricole. Essa rappresenta la parte vitale del terreno ed è in grado di influenzare le caratteristiche meccaniche, fisiche e agronomiche del terreno stesso.

• Il passato si è creduto che la fertilità fosse una “la mirabile attitudine del suolo a produrre”(Ridolfi) si credeva che fosse funzione solo della concimazione minerale pertanto sono state portate avanti fertilizzazioni con concimi di sintesi, introduzione di sistemi monoculturali ed un elevato numero di lavorazioni del terreno.

• Tale condotta ha portato al progressivo impoverimento dei terreni con il pericolo esistente di desertificazione che interessa principalmente le regioni meridionali dove il clima semiarido accentua il fenomeno.

36

LA SOSTANZA ORGANICA

37

MANCANZA DI SOSTANZA ORGANICA

Contenuto di sostanza organica nei suoli dei Paesi Europei del bacino del Mediterraneo ( il colore giallo indica percentuali inferiori all’1,5%) Fonte: Commissione europea–Zdruli et.al, 2004)

1. Perdita della qualità dei terreni2. Fenomeno della desertificazione

• Favorisce la strutturazione del terreno facilità le coltivazioni e consente la circolazione dei gas nello strato terroso;

• Costituisce una riserva di azoto trattenendolo e mettendolo a disposizione delle piante , si evita cosi anche l’ inquinamento delle falde acquifere;

• La presenza di sostanza organica garantisce una buona porosità, che aumenta l’ areazione ed il drenaggio del suolo, ciò favorisce lo sviluppo delle radici.

• Svolge una funzione contro l’ erosione del suolo, infatti un terreno poco strutturato è più facilmente aggredibile dagli agenti atmosferici che tendono a rimuovere lo strato più superficiale per effetto dell’ erosione che sono i più ricchi di materiale nutritivo.

• La sostanza organica influenza la capacità di ritenzione idrica non solo perché aumenta la porosità e migliora la struttura del suolo ma anche perché è in grado di trattenere grandi quantità di H2O come acqua di idratazione delle sostanze umiche che possono trattenere fino a 4 volte il loro peso (minori costi di irrigazione) Inoltre l’ acqua trattenuta dalla sostanza organica influenza notevolmente il regime di temperatura del suolo che si riscalda e raffredda più lentamente.

38


39


• La sostanza organica influenza il ph dei terreni , ha infatti un azione acidificante seppur lieve benefica soprattutto nei terreni basici ,calcarei;

• Contribuisce alla fissazione del C al suolo, infatti se la velocità di accumulo è inferiore alla mineralizzazione della sostanza organica il contenuto di carbonio nel suolo diminuisce ed il suolo quindi diventa una ulteriore fonte di CO2 per l’ atmosfera. L’ aumento della sostanza organica può quindi mitigare e contrastare l’ effetto serra;

• Modifica la densità del terreno una variazione anche lieve del suo contenuto, comporta una importante diminuzione della densità del suolo;

• Favorisce le condizioni ottimali per lo sviluppo e la funzione attiva della biomassa.

Pratiche agricole che consentono l’ aumento della sostanza organica nei terreni:

•letamazioni;

•lavorazioni conservative;

•pacciamatura;

•compost di qualità;

•Il contributo positivo del compost impiegato come ammendante nei suoli destinati alla coltivazioni di culture erbacee in frutticultura e viticultura è ormai assodato da innumerevoli prove sperimentali e dimostrazioni condotte in Italia da diversi centri di studi.

40


• Miglioramento della qualità del compost con evoluzione anche a livello normativo;

• costi dei fertilizzanti e dei concimi;

• riduzione della disponibilità di altre sostanze organiche tradizionalmente impiegate;

• parziale sostituzione della fertilizzazione;

• totale surrogazione del letame;

• conoscenza del compost

41

EVOLUZIONE COMPOST

1. Effetto ammendante: •Miglioramento della struttura del terreno;•Ritenzione idrica;•Lavorabilità;•Riduzione effetti di compattamento;•Riduzione formazione della crosta superficiale;•Miglioramento della permeabilità

2. Effetto concimante: •Rilascio microelementi nutritivi alle culture (N,P,K,Ca, Mg)•Apporto di microelementi ( Cu Zn, Fe)

3. Effetto ambientale: •Riduzione erosione del suolo;•Immagazzinamneto del carbonio nel suolo;•Sostituzione delle materie prime non rinnovabili (torba)

42

AZIONI DEL COMPOST

Umidità Sostanza secca

Sostanza organica

N (Kg/t) P2O5(Kg/t)

K2O(Kg/t)

Letame vaccino

750 250 192 5.5 6.6 6

Compost di qualità

500 500 250 8 7 6.5

N minerale prontamente disponibile

N mineralizzato al 1° anno

N di riserva

9-10% 10-20% 65-85%

Tabella 1- apporti di elementi nutritivi con 1 ton. di compost e di letame

Tabella 2- azoto disponibile a seguito di applicazioni di compost

43

AZIONI DEL COMPOST

Supponiamo di un peso specifico medio di 1200 kg/mc una lavorazione di 30 cm; quantità di suolo è 10.000 mq*0.3m*1200kg/mc=3.600.000kg

Supponiamo di avere una sostanza organica pari al 2%

sostanza organica 3600.000*0.02=72.000 kg;

supponendo di avere un coefficiente di mineralizzazione 2%

humus mineralizzato 72.000*0.02=1.440kg

supponendo di avere un compost con umidità 50 % un coefficiente isoumico 20% ed un contenuto di sostanza organica del 50%

compost 1440/(0.5*0.5*0.2) =28800 kg

trascurato la quota di humus apportata dal’ interramento degli scarti organici della precedente coltivazione.

In generale, in mancanza di un piano di fertilizzazione, si consiglia di usare 20.000 kg di compost ogni ettaro.

44

CALCOLO DOSE OTTIMALE COMPOST

Il compostaggio è di grande interesse dal punto di vista:

1. Ecologico ambientale perché trasforma biomasse dal ciclo urbano;

2. Igienico sanitario il materiale organico viene sanitizzato nel processo grazie alle elevate temperature che si generano;

3. Energetico: il processo si autosostiene, l’ energia è fornita dalla demolizione dei legami biochimici caratterizzanti le molecole della sostanza organica;

4. Agronomico

45

CONCLUSIONI

L’ aspetto agronomico diventa importante per “chiudere il ciclo”.

Tutto ciò che è cicliclo, é regolare, periodico, genera trasformazioni e non alterazioni.

SERVIZI COSMARI:• Accesso all’ impianto il venerdì pomeriggio dalle 15-18 per prendere compost;• Trasporto compost;• Prestito spargiletame;• Consegna compostiere;• Consigli per l’ uso;

46

GRAZIE PER

L’ ATTENZIONE

1. Processo di maturazione biologica controllata, in ambiente aerobico, della sostanza organica...

Documents

Transcript of 1. Processo di maturazione biologica controllata, in ambiente aerobico, della sostanza organica...