Luca Paradisi ARPAV, Osservatorio Regionale per il Compostaggio

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 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)

3. Ruolo strategico del compostaggio nell’ambito della gestione integrata dei rifiuti, perché: • La raccolta dell’organico deve essere sostenuta da uno sviluppo degli impianti di compostaggio: (Dati ARPAV 2005)

4. Ruolo strategico del compostaggio nell’ambito della gestione integrata dei rifiuti, perché: • La raccolta dell’organico permette di ridurre gli impatti ambientali della discarica: Programma RUB della Regione Veneto adottato con DGRV 3022 del 01.10.2004

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

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

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

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 20 10 1.000 2.500 (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 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

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 Percentuale in peso di inerti s.s. > 10 mm Percentuale di rispetto dei limiti (Dati ARPAV 2004)

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 PE FORSU in sacco biodegradabile FORSU in sacco bio e PE (Dati ARPAV 2004)

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

21. quindi per gliINERTI: • 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 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)

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 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)

25. 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 CONDIZIONI DI PROCESSO PRESENZA DI OSSIGENO E’ un fattore indispensabile per lo sviluppo e l’attività dei microrganismi aerobi

26. La richiesta di ossigeno da parte della biomassa è inferiore: FASE DI MATURAZIONE: • 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 CONDIZIONI DI PROCESSO PRESENZA DI OSSIGENO

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) • 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 attivitàdi 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 dell’attività)

29. CONDIZIONI DI PROCESSO TEMPERATURA Un controllo della temperatura è garantito dall’aerazione 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 = 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

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 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)

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. Il monitoraggio del processo 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

34. Il monitoraggio del processo 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…

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 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).

36. 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

37. Respirometro dinamico Respirometri statici

38. Studio dell’andamento dell’Indice di Respirazione in funzione del tempo di processo (Dati ARPAV 2004)

39. CARENTE OSSIGENAZIONE (Dati ARPAV 2004)

40. CARENTE POROSITA’ CARENTE UMIDIFICAZIONE CARENTE UMIDIFICAZIONE (Dati ARPAV 2004)

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

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

43. OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO 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

44. 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)

45. 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 dell’umido a bassa frequenza) • Nelle aie di biossidazione, particolarmente durante il rivoltamento (odore intenso se si innescano processi anaerobici  scarsa ossigenazione, rivoltamenti radi)

46. OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO 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

47. 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

48. torba Principio di funzionamento del biofiltro Cippato di legno OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO BIOFILTRI • 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

49. 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 OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO

50. 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 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)