I parametri influenzanti il processo di compostaggio

La velocità del processo di compostaggio dipende dai fattori che influenzano le condizioni ottimali per la vita dei microrganismi durante le diverse fasi del processo.

I principali fattori che influenzano l’attività dei microrganismi e quindi l’efficienza delle trasformazioni sono:

1. Sostanza organica biodegradabile: l’efficienza della degradazione dipende

dall’abbondanza della sostanza biodegradabile rispetto alla frazione resistente alla degradazione. In Figura 2.5 viene riportato l’andamento del contenuto di sostanza organica e di umidità durante il processo di compostaggio della matrice.

Figura 2.5: Trend del contenuto di materia organica e umidità durante il processo di compostaggio [30].

2. Pezzatura del materiale: la pezzatura ridotta del substrato migliora la velocità delle reazioni biochimiche, dato che determina l’aumento dell’area superficiale attiva. Le dimensioni ottimali sono comprese tra 25 e 75 mm.

3. Concentrazione e rapporto di nutrienti: gli elementi nutritivi più importanti sono il carbonio, l’azoto, il fosforo e il potassio. Essi sono normalmente abbondanti nel substrato compostabile ma non sempre i loro rapporti sono ottimali. Il rapporto C: N diminuisce nel tempo (Figura 2.6) in quanto si verifica una perdita di carbonio per emissione di mentre l’azoto, componente delle strutture aromatiche delle sostanze umiche, tende a rimanere nella massa. Alla fine del processo di compostaggio il C: N risulta inferiore a quello di partenza: in condizioni ottimali si arriva a valori C: N = 15 – 20. Esso può essere raggiunto attraverso la miscelazione con diverse tipologie di rifiuti quali rifiuto cartaceo (C: N=300), scarti di cucina (C: N=25), fanghi di depurazione (C: N=15), paglia (C: N=128) o segatura (C: N=500). Valori troppo bassi di C: N determinano perdite di azoto dal suolo per strippaggio sotto forma di NH3 (che è tossica per le piante), mentre valori troppo elevati (C: N >50) possono determinare inibizione per l’eccessivo sviluppo di .

In Figura 2.7 invece si riporta il trend di evoluzione delle forme di azoto che mostra un aumento nel tempo della forma nitrosa e una riduzione di quella ammoniacale.

Figura 2.7: Variazione dell’andamento nella concentrazione di N-NH4+e NO3- [30].

4. Umidità: è uno dei principali parametri di controllo del processo e il suo valore ottimale è compreso tra il 50 e il 60 %. Valori di umidità inferiori al 40% determinano un rallentamento della degradazione (sotto il 20% i processi biologici sono impediti), mentre valori superiori al 60% determinano una difficile diffusione dell’ossigeno. Le condizioni di umidità devono essere garantite durante tutta la durata del processo e quindi bisogna integrare le perdite di evaporazione nei vari stadi. Dato che il contenuto di acqua dei rifiuti domestici è compreso tra il 20 e il 40%, bisogna aggiungere acqua anche attraverso i fanghi derivanti dalla depurazione biologica delle acque.

L’acqua è un elemento essenziale per la vita della maggior parte dei microrganismi attivi nel processo di compostaggio perché:

• permette gli scambi nutritivi attraverso le membrane cellulari; • è il veicolo per gli enzimi extracellulari;

• è il veicolo per i substrati solubili;

• è il mezzo in cui avvengono le reazioni chimiche.

5. Porosità: è la misura della quantità di spazi vuoti presenti nella biomassa definita come il rapporto tra il volume occupato dagli spazi vuoti e quello occupato dalla biomassa stessa. È un parametro importante perché influenza la possibilità di mantenere una quantità di ossigeno idonea al processo. La porosità può essere garantita attraverso la triturazione

del materiale nella linea di selezione o tramite l’aggiunta di bulking agents. Il volume d’aria nei pori dovrebbe essere compreso tra il 25 e il 35 %.

6. Struttura: è la proprietà delle particelle a non collassare e compattarsi durante il processo di compostaggio. Dipende dal substrato di partenza, come ad esempio la presenza di composti lignocellulosici.

7. Temperatura: il processo di compostaggio deve avvenire in ambiente mesofilo, a una temperatura compresa tra 30 e 40 °C, o termofilo, a una temperatura compresa tra 55 e 65 °C. Durante la degradazione aerobica avviene un aumento spontaneo della temperatura per lo sviluppo di reazioni esotermiche, che può essere controllato indirettamente attraverso la frequenza dei rivoltamenti. In Figura 2.8 si riporta l’andamento della temperatura durante il processo di compostaggio.

8. Rivoltamento e mescolamento: permette di aumentare o ridurre l’umidità,

l’omogeneizzazione dei nutrienti e dei microrganismi e il mantenimento dell’attività aerobica.

9. Controllo dei patogeni: la distruzione degli organismi patogeni dipende dalla temperatura e dal tempo, come viene riportato in Tabella 2.3. In Figura 2.9 si riporta l’andamento della concentrazione nel tempo dei batteri Coliformi Fecali (FC), Coliformi Totali (FT) e Salmonella.

Tabella 2.3: Effetto della temperatura sull’igienizzazione dagli agenti patogeni [31].

Patogeno Condizioni per la distruzione

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

Salmonella sp. un’ora a 55°C, 15-20 minuti a 60°C

75gella sp. un’ora a 55°C

Escherichia coli un’ora a 55°C e15-20 minuti a 60°C

Entamoeba histolytica (cisti) pochi minuti a 45°C, qualche secondo a 55°C

Taenia satinata qualche minuto a 55°C

Trichinella spiralis (larvae) rapida a 55°C, istantanea a 60°C

Brucella abortus e suis un’ora a 55°C, 3 minuti a 62°C

Mycobacterium tubercolosis var. hominis 15-20 minuti a 65°C, qualche minuto a 67°C

Micrococcus piogenes v. aereus 10 minuti a 50°

Corynebacter diphteriae 45 minuti a 55°C

Necator americanus 50 minuti a 45°C

Figura 2.9: Trend concentrazione batteri patogeni nel cumulo. TC=Coliformi Totali; FC=Coliformi Fecali [30].

10. Concentrazione di ossigeno e aerazione: la quantità di ossigeno necessario dipende dal

quantitativo di sostanza organica biodegradabile (generalmente tra 10 e 100 Nm3_{/h per} tonnellata di materiale organico) [31]. In generale la degradazione di un substrato ricco di carbonio determina un forte consumo di ossigeno e la formazione dei seguenti prodotti (2.6):

+ 6  6 + 6 + 2.800 kj/mole (2.6)

A causa della continua diminuzione dell’ossigeno a disposizione, bisogna reintegrarlo nella massa in quantità sufficiente. Inoltre, dato che la profondità di penetrazione dell’ossigeno per diffusione è di 70 cm circa, sono necessarie operazioni di aerazione e/o rivoltamento. 11. pH: è un parametro molto variabile durante il processo di compostaggio ed è influenzato da molti fattori tra i quali la decomposizione degli acidi organici, la mineralizzazione delle proteine, ecc. Il pH della frazione organica in ingresso è compreso tra 5 e 7, mentre il compost maturo ha un pH generalmente compreso tra 7 e 8. In Figura 2.10 viene riportato l’andamento del pH e della conduttività elettrica nel cumulo di compost durante il processo di compostaggio.

Figura 2.10: Trend pH e conduttività elettrica (EC) nel cumulo [30].