Gli aspetti gestionali di un impianto di compostaggio: la stabilità, i presidi, la qualità del...

Gli aspetti gestionali di un impianto di compostaggio: la stabilità, i presidi, la

qualità del compost

Luca ParadisiARPAV, Osservatorio Regionale per il Compostaggio

Corso di specializzazione sul compostaggio di qualità Padova, 14 marzo 2006

http://www.compost.it/www/index.html

Ruolo strategico del compostaggio nell’ambito della gestione integrata dei rifiuti, perché:

• La raccolta dell’organico permette il raggiungimento di elevate percentuali di raccolta differenziata (> 35%):

(Dati ARPAV 2005)

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

1.800.000

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

tR.U. DIFFERENZIATO

R.U. RESIDUO

43,1%39,5%34,5%

28,4%

19,6%15,3%

24,0%

45,1%


• La raccolta dell’organico deve essere sostenuta da uno sviluppo degli impianti di compostaggio:

(Dati ARPAV 2005)

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

t

potenzialità organico raccolto


• La raccolta dell’organico permette di ridurre gli impatti ambientali della discarica:

2002 2003 2008 2011 2018BELLUNO 180 154PADOVA 108 96ROVIGO 176 92TREVISO 87 74VENEZIA 223 159VERONA EST 127 132VERONA OVEST 149 127VERONA SUD 84 89VICENZA 90 89

TOTALE REGIONALE 133 110 173 * 115 * 81 *

* Obiettivi del D. Lgs. N. 36/2003

RUB in discarica Kg/ab annoATO

173 * 115 * 81 *

Programma RUB della Regione Veneto adottato con DGRV 3022 del 01.10.2004

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

Schema di flusso di un processo di compostaggio

Ricevimento materiali

FORSU

miscelazione

lignocellulosici fanghi

Triturazione

Maturazione

Raffinazione e stoccaggio

Biossidazione

Sovvallo

Perdite di processo

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

La qualità del compost

Qualità del compost = qualità matrici in ingresso +

corretta gestione del processo (stabilità)

ELEMENTO U.M.A. ACV ACM ATC

pH 6.0-8.5 6.0-8.5

Umidità % ≤ 50 ≤ 50

Carbonio Organico % s.s. ≥ 30 ≥ 25 ≥ 30

Azoto Organico % s.t. ≥ 80 ≥ 80 ≥ 80

Cadmio mg/kg s.s. ≤ 1.5 ≤ 1.5 ≤ 1.5

Rame mg/kg s.s. ≤ 230 ≤ 230 ≤ 230

Mercurio mg/kg s.s. ≤ 1.5 ≤ 1.5 ≤ 1.5

Nichel mg/kg s.s. ≤ 100 ≤ 100 ≤ 100

Piombo mg/kg s.s. ≤ 140 ≤ 140 ≤ 140

Zinco mg/kg s.s. ≤ 500 ≤ 500 ≤ 500

Cromo VI mg/kg s.s. ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5

Rapporto C/N ≤ 50 ≤ 25 ≤ 50

Materiale plastico (≤3.33 mm) % s.s. ≤ 0.45 ≤ 0.45 ≤ 0.45

Materiale plastico (3.33 -10 mm) % s.s. ≤ 0.05 ≤ 0.05 ≤ 0.05

Altri inerti- vetro metalli (≤3.33 mm) % s.s. ≤ 0.9 ≤ 0.9 ≤ 0.9

Altri inerti- vetro metalli (3.33 -10 mm) % s.s. ≤ 0.1 ≤ 0.1 ≤ 0.1

Materiali plastici ed altri inerti (≥10 mm) % s.s. assenti assenti assenti

Acidi umici e fulvici % s.s. ≥ 2.5 ≥ 7 ≥ 7

Torba % t.q. ≥ 50

Salmonelle n° / 25g assenti assenti assenti

Enterobacteriacee totali UFC/g ≤ 100 ≤ 100 ≤ 100

Streptococchi fecali MPN/g ≤ 1000 ≤ 1000 ≤ 1000

Nematodi, Trematodi, Cestodi n° /50 g assenti assenti assenti

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)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Cadm io Mercurio

mg

/kg

s.s

.

Verde FORSU Fanghi limiti all. IB d.lgs 99/92

0

100

200

300

400

500

600

700

Ram e Zinco

mg

/kg

s.s

.

Verde FORSU Fanghi limiti all. IB d.lgs 99/92

20 10

1.000 2.500

METALLI PESANTI caratteristiche delle matrici trattate

(Dati ARPAV 2005)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Cadmio Mercurio

mg

/kg

s.s

.

Fanghi civili Fanghi agroindustriali

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Cromo III Piombo Rame Zinco

mg/

kg s

.s.

Fanghi civili Fanghi agroindustriali

METALLI PESANTInei fanghi civili e agroindustriali

(Dati ARPAV 2005)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Cd Hg

mg

/kg

s.s

.

FORSU fanghi verde fanghi verde fanghi zootecnici FORSU verde

verde L. 748 e s.s. m.m. e i.i Direttiva Europea classe 1

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

(Dati ARPAV 2005)

0

100

200

300

400

500

600

700

Cr tot Cu Ni Pb Zn

mg

/kg

s.s

.

FORSU fanghi verde fanghi verde fanghi zootecnici FORSU verde

verde L. 748 e s.s. m.m. e i.i Direttiva Europea classe 1

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

(Dati ARPAV 2005)

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 all’impianto all’allegato 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

INERTI caratteristiche delle matrici trattate

• Qualità della FORSU e sistema di raccolta

• Qualità della FORSU e tipologia di sacchetto usata per il conferimento

PORTA A PORTACONTENITORE

STRADALE

MEDIA 1,65 4,87

MINIMO 0,21 1,13

MASSIMO 9,30 10,70

DEVIAZIONE STANDARD 1,95 2,10

MATERIALE NON COMPOSTABILE

(% )

SISTEMA DI RACCOLTA

(Dati ARPAV 2004)

INERTIcaratteristiche delle matrici trattate

• Qualità della FORSU e sistema di raccolta

• Qualità della FORSU e tipologia di sacchetto usata per il conferimento

0%

1%

2%

3%

4%

5%

b pe/b pe

Tipologia di sacchetto

Mat

eria

le n

on c

ompo

stab

ile

(Dati ARPAV 2004)

0,03

0,280,34

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

b b/pe pe

%

INERTI nel compost (> 10 mm)

In funzione della tipologia di sacchetto

(Dati ARPAV 2004)

76%59%

0%10%

20%30%40%50%

60%70%80%

90%100%

b misto o solo pe

Percentuale di rispetto dei limiti

Percentuale in peso di inerti s.s. > 10 mm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Materie plastiche(<3,33 mm)

Altri materiali inerti(<3,33 mm)

Materie plastiche(3,33 - 10 mm)

Altri materiali inerti(3,33 – 10 mm)

Materie plasticheed altri inerti (>10

mm)

% s

.s.

verde FORSU verde fanghi verde

FORSU fanghi verde Limite rilevabilità Limiti L. 748/84

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)

INERTIInfluenza sulla quantità di scarti prodotti

110

22

0

5

10

15

20

25

mb pe/mb pe

Tipologia di sacchetto

%

FORSU in sacco

biodegradabileFORSU in sacco bio e PE

FORSU in sacco PE

(Dati ARPAV 2004)

Caratteristiche del sovvallo finale ricircolatoplastiche

11,7%vetri0,5%

metalli0,2%

sottovaglio47,0%

legno40,6%

plastiche vetri metalli sottovaglio legno

INERTIInfluenza sulle caratteristiche del sovvallo

(Dati ARPAV 2005)

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 ??????

Costi:• Consorzio con 65.000 utenze

• 25.000 t di organico raccolto, di cui ca. 15.000 t di FORSU e ca. 10.000 t di verde

CASO sacchetto biodegradabile

• 8 € anno/utenza sacco biodegradabile

• 520.000 €/anno

CASO sacchetto PE (shopper)

• Scarti prodotti dall’impianto: 5.500 t (pari al 22%)

• 100,00 €/t costo smaltimento scarti in discarica

• 550.000 €/anno

• Più costi di pretrattamento (D. Lgs. 36/03)

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

CONDIZIONI DI PROCESSO

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

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)


PRESENZA DI OSSIGENO

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

FASE BIOSSIDATIVA:

Fabbisogno di aria (15-40 Nm3/h t s.s.)

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

fabbisogno stechiometrico di O2

temperature non eccessive

riduzione dell’umidità

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.)

Sistemi di aerazione + rivoltamenti


PRESENZA DI 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


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


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 dell’attività)


TEMPERATURA

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


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 = 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


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)

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

Principali problematiche gestionali di un impianto di compostaggio:

• garantire costantemente una buona porosità della miscela

• mantenere un livello ottimale di umidità (45% – 55%)

• garantire un’idonea aerazione della biomassa

• effettuare un numero sufficiente di rivoltamenti


Parametri analitici per monitorare il processo di compostaggio: • Parametri biologici: Indice di Respirazione

Test di fitotossicità• Parametri chimico – fisici: Temperatura, CO2 (in campo)

Umidità

pH

Carbonio Organico

C/N

Dinamica dell’azoto…


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 l’esplicarsi 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).

Indice di Respirazione

• preparazione campione (adeguamento umidità)

• incubazione del campione in un reattore ermetico (2–5 giorni)

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

• Metodo statico e dinamico

Respirometri statici Respirometro dinamico

0

500

1000

1500

2000

2500

0 20 40 60 80 100 120

Età (gg)

IR24

(mg

O2

kg

SV

-1 h

-1)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 50 100 150 200 250

Età (gg)

IR2

4 (

mg

O2

kg

SV

-1 h

-1)

Studio dell’andamento dell’Indice di Respirazione in funzione del tempo di processo

(Dati ARPAV 2004)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150 200 250

Età (gg)

IR24 (

mg O

2k

gS

V-1

h-1

)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80 100

Età (gg)

IR24

(mg

O2

kg

SV

-1 h-1

)

CARENTE OSSIGENAZIONE

(Dati ARPAV 2004)

0

500

10001500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80 100

Età (gg)

IR24

(mg

O2

kg S

V-1

h-1)

0

5001000

1500

20002500

3000

35004000

4500

0 20 40 60 80 100

Età (gg)

IR24

(mg

O2

kg

SV

-1 h

-1)

CARENTE UMIDIFICAZIONE

CARENTE UMIDIFICAZIONE

CARENTE POROSITA’

(Dati ARPAV 2004)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70

Età (gg)

T (

°C)

0

5

10

15

20

CO

2 (%

v/v

)

temperatura CO2 a ventilatori spenti da 30'

0

2

4

6

8

10

12

14

20 30 40 50 60 70 80Età (gg)

pH

0

10

20

30

40

50

60

70

Um

idit

à (%

)pH umidità

IRD ~ 4000

Processo condotto in carenza di aria

(Dati ARPAV 2004)

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

=

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

OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO

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)


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 dell’umido a bassa frequenza)

Nelle aie di biossidazione, particolarmente durante il rivoltamento (odore intenso se si innescano processi anaerobici scarsa ossigenazione, rivoltamenti radi)


GESTIONE DEGLI ODORI

La diffusione di sostanze odorose all’esterno dell’impianto 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 dell’aria in queste sezioni (numero di ricambi/h: 2.5-4)

Convogliando le arie esauste verso idonei sistemi di abbattimento degli odori


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


BIOFILTRI

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

Cippato di legno

torba


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


SCRUBBER

Sono di due tipi:

• Bioscrubber il corpo di riempimento funge da supporto inerte per lo sviluppo dei microrganismi (che degradano le sostanze presenti nell’effluente)

• Scrubber chimici l’effluente viene lavato con acqua, addizionata di:

• Agenti ossidanti o riducenti (es. H2O2)

• Acidi (H2SO4) o Basi (NaOH)

• Agenti assorbenti (tensioattivi)


COMBUSTORI

• Combustione termica l’effluente da trattare viene preriscaldato e

poi immesso in un bruciatore (T = 800 °C), che ossida

completamente la sostanza organica a CO2 e H2O

• Combustione catalitica dopo il preriscaldamento l’effluente

viene fatto passare su un letto di materiale refrattario eventualmente

completato da una superficie catalitica, riscaldato a T comprese tra

260 e 450 °C

Si ringrazia per l’attenzione

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