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 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%): 1.800.000 1.600.000 1.400.000 1.200.000 45,1% 1.000.000 t 24,0% 600.000 43,1% 34,5% R.U. RESIDUO 800.000 400.000 39,5% R.U. DIFFERENZIATO 28,4% 19,6% 15,3% 200.000 0 1997 (Dati ARPAV 2005) 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 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: 800.000 600.000 t 400.000 200.000 0 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 potenzialità (Dati ARPAV 2005) organico raccolto Ruolo strategico del compostaggio nell’ambito della gestione integrata dei rifiuti, perché: • La raccolta dell’organico permette di ridurre gli impatti ambientali della discarica: ATO BELLUNO PADOVA ROVIGO TREVISO VENEZIA VERONA EST VERONA OVEST VERONA SUD VICENZA TOTALE REGIONALE 2002 180 108 176 87 223 127 149 84 90 133 RUB in discarica Kg/ab anno 2003 2008 2011 154 96 92 74 173 * 115 * 159 132 127 89 89 110 173 * 115 * 2018 81 * 81 * * Obiettivi del D. Lgs. N. 36/2003 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 Corretta gestione • operativa Gestione integrata dei rifiuti • del processo • dei presidi ambientali Attività imprenditoriale Profitti da: • rifiuti in ingresso • vendita compost • ottimizzazione costi Schema di flusso di un processo di compostaggio Ricevimento materiali lignocellulosici FORSU fanghi Triturazione miscelazione Perdite di processo Biossidazione Aerazione forzata rivoltamenti Perdite di processo Maturazione rivoltamenti Sovvallo Raffinazione e stoccaggio 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 6.0-8.5 6.0-8.5 % ≤ 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 ≤ 50 ≤ 25 ≤ 50 pH Umidità Rapporto C/N ATC 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. 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 ≥ 50 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) METALLI PESANTI caratteristiche delle matrici trattate 1,6 20 1,4 10 mg/kg s.s. 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Cadmio Verde FORSU 700 Mercurio Fanghi limiti all. IB d.lgs 99/92 1.000 2.500 600 mg/kg s.s. 500 400 300 200 100 0 Rame Verde (Dati ARPAV 2005) FORSU Zinco Fanghi limiti all. IB d.lgs 99/92 METALLI PESANTI nei fanghi civili e agroindustriali 2,0 mg/kg s.s. 1,5 1,0 0,5 0,0 Cadmio Mercurio Fanghi civili Fanghi agroindustriali 800 700 mg/kg s.s. 600 500 400 300 200 100 0 Cromo III Piombo Fanghi civili (Dati ARPAV 2005) Rame Zinco Fanghi agroindustriali METALLI PESANTI nel compost (Cd, Hg) confronto con L. 748/84 e bozza di Direttiva europea 1,6 1,4 1,2 mg/kg s.s. 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Cd (Dati ARPAV 2005) Hg FORSU fanghi verde fanghi verde fanghi zootecnici verde L. 748 e s.s. m.m. e i.i Direttiva Europea classe 1 FORSU verde METALLI PESANTI nel compost (Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) confronto con L. 748/84 e bozza di Direttiva europea 700 600 mg/kg s.s. 500 400 300 200 100 0 Cr tot Cu Ni Pb FORSU fanghi verde fanghi verde fanghi zootecnici verde L. 748 e s.s. m.m. e i.i Direttiva Europea classe 1 (Dati ARPAV 2005) Zn FORSU verde 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 MATERIALE NON COMPOSTABILE (% ) (Dati ARPAV 2004) SISTEMA DI RACCOLTA PORTA A PORTA CONTENITORE STRADALE MEDIA 1,65 4,87 MINIMO 0,21 1,13 MASSIMO 9,30 10,70 DEVIAZIONE STANDARD 1,95 2,10 INERTI caratteristiche delle matrici trattate • Qualità della FORSU e sistema di raccolta • Qualità della FORSU e tipologia di sacchetto usata per il conferimento 5% Materiale non compostabile 4% 3% 2% 1% 0% b (Dati ARPAV 2004) pe/b Tipologia di sacchetto pe INERTI nel compost (> 10 mm) In funzione della tipologia di sacchetto Percentuale in peso di inerti s.s. > 10 mm 0,4 0,3 % 0,2 0,28 0,34 0,1 0,03 0,0 b b/pe 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% pe 76% b (Dati ARPAV 2004) Percentuale di rispetto dei limiti 59% misto o solo pe Problematica degli inerti: approfondimento • diverse classi merceologiche nel compost finito • problemi legati alla metodica analitica e alla def. di inerte • definizione limite univoco 1 % s.s. 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Materie plastiche (<3,33 mm) (Dati ARPAV 2005) Altri materiali inerti (<3,33 mm) Materie plastiche (3,33 - 10 mm) Altri materiali inerti (3,33 – 10 mm) verde FORSU verde fanghi verde FORSU fanghi verde Limite rilevabilità Limiti L. 748/84 Materie plastiche ed altri inerti (>10 mm) INERTI Influenza sulla quantità di scarti prodotti 25 FORSU in sacco biodegradabile 20 FORSU in sacco bio e PE FORSU in sacco PE 15 22 % 10 5 1 10 0 mb pe/mb Tipologia di sacchetto (Dati ARPAV 2004) pe INERTI Influenza sulle caratteristiche del sovvallo Caratteristiche del legno 40,6% plastiche vetri sovvallo finale ricircolato 11,7% 0,5% metalli 0,2% sottovaglio 47,0% plastiche (Dati ARPAV 2005) vetri metalli sottovaglio legno 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) CONDIZIONI DI PROCESSO PRESENZA DI OSSIGENO E’ un fattore indispensabile per lo sviluppo e l’attività dei microrganismi aerobi FASE La percentuale di ossigeno deve essere compresa tra 16% BIOSSIDATIVA: e 20%, garantendo: Fabbisogno di aria (15-40 Nm3/h t s.s.) fabbisogno stechiometrico di O2 temperature non eccessive riduzione dell’umidità 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, mercaptani ecc.) CONDIZIONI DI PROCESSO PRESENZA DI OSSIGENO La richiesta di ossigeno da parte della biomassa è inferiore: FASE DI concentrazione di O2 compresa tra 1% e 5% MATURAZIONE: Periodici rivoltamenti le componenti fungine e gli attinomiceti trovano l’ambiente ideale per degradare la componente lignocellulosica e iniziare il processo di umificazione 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 attività di degradazione 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) CONDIZIONI DI PROCESSO TEMPERATURA Un controllo della temperatura è garantito dall’aerazione forzata e dai rivoltamenti 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 È necessaria una miscelazione in giuste proporzioni di tali matrici 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) 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) 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 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 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… 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 IR24 (mg O2 kg SV-1 h-1) Studio dell’andamento dell’Indice di Respirazione in funzione del tempo di processo 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 120 Età (gg) IR24 (mg O2kgSV-1 h-1) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 Età (gg) (Dati ARPAV 2004) 200 250 CARENTE OSSIGENAZIONE IR24 (mg O2kgSV-1h-1) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 50 100 150 200 250 60 80 100 Età (gg) -1 -1 IR24 (mg O2 kg SV h ) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 Età (gg) (Dati ARPAV 2004) CARENTE UMIDIFICAZIONE -1 -1 IR24 (mg O2 kg SV h ) CARENTE POROSITA’ 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 IR24 (mg O2 kg SV-1 h-1) Età (gg) CARENTE UMIDIFICAZIONE 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 Età (gg) (Dati ARPAV 2004) 80 100 Processo condotto in carenza di aria 80 20 70 15 50 40 10 30 20 CO2 (% v/v) T (°C) 60 5 10 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Età (gg) temperatura CO2 a ventilatori spenti da 30' 14 70 12 60 10 50 8 40 6 30 4 20 2 10 0 0 20 30 40 50 Età (gg) pH (Dati ARPAV 2004) 60 umidità 70 80 Umidità (%) pH IRD ~ 4000 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 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 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) 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) 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 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 torba Principio di funzionamento del biofiltro Cippato di legno • 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 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) OPERE DI PRESIDIO AMBIENTALE IN UN IMPIANTO DI COMPOSTAGGIO 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