c a t a n i a compostaggio i.t.i. "s. cannizzaro
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C A T A N I A
COMPOSTAGGIO
I.T.I. "S. Cannizzaro
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FASI DEL COMPOSTAGGIO
MISCELAZIONE
BIOSSIDAZIONE
UMIFICAZIONE E MATURAZIONE
RAFFINAZIONE
TRITURAZIONE
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PROCESSI DEGRADATIVI DELLA
MATERIA ORGANICA
Degradazioni aerobiche Degradazioni anaerobiche
C
P
S
N
CO2
PO4---
SO4--
NO-3
PH3
CH4
H2S
NH3
+O2 -O2
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FATTORI CHE
INFLUENZANO
IL COMPOSTAGGIO
PRESENZA DI O2
POROSITÁ DEL SUBSTRATO
PRESENZA DI NUTRIENTI
TEMPERATURA
UMIDITÁ
pH
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ANDAMENTO DELLA TEMPERATURA NEL CORSO DEL PROCESSO DI COMPOSTAGGIO
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Tempo (settimane)
Tem
pera
tura
(°C
)
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ANDAMENTO DEL pH NEL CORSO DEL PROCESSO DI COMPOSTAGGIO
4
5
6
7
8
9
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90
Giorni di processo
Uni
tà d
i pH
FASE II FASE IVFASE IIIFASE I
FASE II–Fase alcalina, con idrolisi batterica dell’azoto proteico ed organico e produzione di ammoniaca
FASE III–Fase di stabilizzazione del pH con perdita dell’azoto in eccesso ed inizio della fase di umidificazione
FASE IV–Fase di maturazione, lenta e con pH stabile
FASE I–Fase acidogenica dovuta all’ intensa produzione di CO2 e di acidi organici all’inizio della fase termofila
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AERAZIONE DEI CUMULI
FINALITÁ
METODI
FABBISOGNO BIOCHIMICO
RIMOZIONE UMIDITÁ
CONTROLLO TEMPERATURA
SOLO RIVOLTAMENTO
SOLA AERAZIONE
( CUMULI STATICI )
RIVOLTAMENTO E
AERAZIONE
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RIFIUTISOLIDI
VERDE FANGHIFORSU
TRITURAZIONE
MISCELAZIONE
BIOSSIDAZIONE ACCELERATA
MATURAZIONE
RAFFINAZIONE
COMPOST FINALE
MATERIALE ORGANICO
DA REINTRODURRE IN
CICLO
SCARTI
ACQUA
ARIA
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SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL BIOFILTRO
ARIA DA TRATTARE
GRIGLIATO
PLENUM
MASSA FILTRANTE
ARIA DEPURATA
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SCHEMA DI UN TRITURATORE A MARTELLI
USCITA DEL MATERIALE
CARICO DEL MATERIALE
• Il materiale, caricato su nastro trasportatore,• passa attraverso un rullo dosatore crestato,
• e da qui viene alimentato alla camera di trinciatura.
É composta da un rotore a martelli, caratterizzato da
un regime di rotazione superiore ai 1000 giri/min, e da una
griglia per la selezione dimensionale del prodotto trinciato.
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TIPOLOGIE DI RIFIUTI COMPOSTABILI( D.M. 5 FEBBRAIO 1998 – ALLEGATO 1 )
A) FORSU raccolta separatamente
B) Rifiuti vegetali di coltivazioni agricole
C) Segatura, trucioli, frammenti di legno e sughero
D) Rifiuti vegetali da attività agro-industriali
E) Rifiuti tessili di origine vegetale: scarti di cotone, lino, iuta e canapa
F) Rifiuti tessili di origine animale: scarti di lana e seta
G) Deiezioni animali
H) Scarti di legno non impregnati
I) Carta e cotone
J) Fibre e fanghi di carta
K) Contenuto di prestonaci
L) Rifiuti ligneo-cellulosici derivanti da manutenzione del verde ornamentale
M) Fanghi di depurazione
N) Ceneri di combustione di sanse esauste
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IL TRATTAMENTO BIOLOGICO DELLE FRAZIONI ORGANICHE DI RIFIUTO
COMPOSTAGGIODI QUALITÁ
TRATTAMENTOBIOLOGIOCO
DIGESTIONEANAEROBICA
BIOESSICCAZIONEPRODUZIONE DI
MATERIALISTABILIZZANTI
STABILIZZAZIONE PRE-DISCARICA
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LE CARATTERISTICHE OPERATIVE DEGLI IMPIANTI DI COMPOSTAGGIO
1. TRATTAMENTI BIOLOGICI DELLE FRAZIONI ORGANICHE
DIVERSI TIPI DITRATTAMENTO
BIOLOGICO
GENERALITÁ SULCOMPOSTAGGIO
DI QUALITÁ
TRATTAMENTOBILOGICO DELLE
FRAZIONIORGANICHE NONVALORIZZABILI
SCOPI DEITRATTAMENTI
BIOLOGICI
STABILIZZAZIONEDELLA
SOSTANZAORGANICA
IGIENIZZAZIONEDELLA MASSA
RIDUZIONE DELVOLUME E DELLA
MASSA DEIMATERIALI TRATTATI
SMALTIMENTOCONTROLLATO
APPLICAZIONECONTROLLATA
IN AGRICOLTURA
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2. I FATTORI DI SCELTA DELLE TECNOLOGIE ELA COERENZA OPERATIVA DEGLI IMPIANTI
MASSIMIZZAREL’EFFICIENZA
DEL PROCESSO
MINIMIZZAREI DISTURBI
AMBIENTALI
PER FARE QUESTO VARICERCATA LA COERENZA TRA:
IL PROCESSO DI COMPOSTAGGIO E’ UNPROCESSO AEROBICO ED ESOTERMICO
• TIPOLOGIA DELLE MATRICI DA COMPOSTARE
• SISTEMA DI PROCESSO
• SITUAZIONE TERRITORIALE
• CRITERI GESTIONALI
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PROCESSO DI COMPOSTAGGIO
FASE ATTIVA(“BIOSSIDAZIONE ACCELERATA”
O “ACT-ACTIVE COMPOSTING TIME”)
FASE DIMATURAZIONE(O “FASE DI CURING”)
I FATTORI DI CONTROLLO DEL PROCESSO CHE GARANTISCONOLE CONDIZIONI OTTIMALI PER LO SVILUPPO DELLAMICROFLORA E CONSENTONO DI ACCELERARE LE REAZIONI DIDECOMPOSIZIONE – TRASFORMAZIONE SONO:
TABELLA
• CONCENTRAZIONE DI OSSIGENO ( RAPPORTO O2 / CO2 )
• TEMPERATURA
• UMIDITÁ
• NUTRIENTI ( 25 < C / N < 30 )
SVILUPPO DI CALORE ( FERMENTESCIBILITÁ )
DISPERSIONE DI CALORE ( DIMENSIONE MASSA , UMIDITÁ)
VALORI BASSI
VALORI ALTI
PERDITA DI N2
RALLENTAMENTO DELLE REAZIONI METABOLICHE
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PROCESSO DI COMPOSTAGGIO
FASE ATTIVA(“BIOSSIDAZIONE ACCELERATA”
O “ACT-ACTIVE COMPOSTING TIME”)
FASE DIMATURAZIONE(O “FASE DI CURING”)
I FATTORI DI CONTROLLO DEL PROCESSO CHE GARANTISCONOLE CONDIZIONI OTTIMALI PER LO SVILUPPO DELLAMICROFLORA E CONSENTONO DI ACCELERARE LE REAZIONI DIDECOMPOSIZIONE – TRASFORMAZIONE SONO:
TABELLA
• CONCENTRAZIONE DI OSSIGENO ( RAPPORTO O2 / CO2 )
• TEMPERATURA
• UMIDITÁ
• NUTRIENTI ( 25 < C / N < 30 )
SVILUPPO DI CALORE ( FERMENTESCIBILITÁ )
DISPERSIONE DI CALORE ( DIMENSIONE MASSA , UMIDITÁ)
VALORI BASSI
VALORI ALTI
PERDITA DI N2
RALLENTAMENTO DELLE REAZIONI METABOLICHE
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Settimana Range ottimale di umidità
1
2
3
4
5
6
7
successive
55 - 65
53 - 60
50 - 57
46 - 51
42 - 47
38 - 43
35 - 40
35 - 40
* Possibilità di scendere a 30 verso la fine per esigenze di raffinazione.
*
RANGE OTTIMALI (INDICATIVI) DI UMIDITÁ
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DAL PUNTO DI VISTA QUALITATIVO LA SOSTANZA ORGANICA,TERMINATO IL PROCESSO DI COMPOSTAGGIO, SI PRESENTA :
1. STABILE ( PROCESSI DEGRADATIVI RALLENTATI )
CONTENUTO
RESIDUO
SOSTANZA
ORGANICA
3. UMIFICATA ( DOTATA DI MOLECOLE UMICHE )
2. MATURA ( NON PRESENTA FOTOTOSSICITÁ )
CONCENTRAZIONEDI AMMONIACAINDICE DI
RESPIRAZIONE
STATICO ODINAMICO
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a. GARANTIRE L’AEROBIOSI DEL PROCESSO
LA DEFINIZIONE DELLE NECESSITÁ DI PROCESSO
AERAZIONE FORZATA
MISCELAZIONE
COLLOCAZIONE
RIVOLTAMENTO
(VELOCIZZAZIONE DELLE
ATTIVITÁ MICROBICHE)
40 – 50 °C
3 gg. a 55°C
(PASTORIZZAZIONE)
b. MANTENIMENTO DELLA STRUTTURA DEL MATERIALE
c. RICERCA DI CONDIZIONI TERMOMETRICHE OTTIMALI
d. GESTIONE, CONTROLLO ED ABBATTIMENTO DEI POTENZIALI IMPATTI DELLE FASI CRITICHE
OBIETTIVI:
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3. CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMILE CATEGORIE GENERALI
• SISTEMI INTENSIVI ED ESTENSIVI (PER PROCESSI DI TIPO AEROBICO)
• SISTEMI CHIUSI O APERTI
• SISTEMI STATICI O DINAMICI(MECCANISMI PERIODICI O CONTINUI)
• SISTEMI AREATI E NON AREATI(BASSA CONSISTENZA ED ELEVATA FERMENTESCIBILITÁ)
• SISTEMI IN CONTINUO ED IN BATCH(SOLO SOTTO PROFILO ERGONOMICO)
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• PER BIOMASSE AD ALTA FERMENTESCIBILITÁ
• PER BIOMASSE A BASSO COEFFICIENTE DI DEGRADABILITÁ
SISTEMI INTENSIVI
SISTEMI ESTENSIVI
SISTEMI APERTI• BASSA FERMENTESCIBILITÁ DELLE MATRICI
• DIMENSIONI LIMITATE
SISTEMI CHIUSI• IN SPAZI CONFINATI O COPERTI E TAMPONATI
SISTEMI STATICI• PRETRATTAMENTO: MISCELAZIONE ED OMOGENEIZZAZIONE
DELLA BIOMASSA• IMMOBILITÁ DELLA BIOMASSA
• NON VI È RIMESCOLAMENTO NÉ RISTRUTTURAZIONE
SISTEMI DINAMICI• MOVIMENTAZIONE DELLA BIOMASSA
•RIMESCOLAMENTO•RICREAZIONE DI POROSITÁ E STRUTTURAZIONE
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4. SISTEMI TECNOLOGICI: PROCESSI, CARATTERISTICHE ED USI
- Cumuli statici aerati (sistema Beltsville)
- Andane
- Biocontainer e Biocelle
- Cumuli rivoltati
- Trincee dinamiche
- Bacini dinamici
- Biotamburi
- Sili
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CUMULI STATICI AERATI(sistema Beltsville)
Sistema statico,aerato e aperto
L’aerazione avviene perinsufflazione, e per la copertura
dei cumuli vengono usati telio membrane semi-permeabilie traspiranti per la perdita di
umidità.
Bioessiccazione (traspirabilità alta)Compostaggio/stabilizzazione
(traspirabilità bassa)
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CUMULI RIVOLTATI
Sistema senza aerazionee aperto, gestito inbatch o in continuo
per materialelignocellulosico(residui verdi)
Rivoltamenti rari conpale meccaniche o con
rivoltatrici apposite
Adottato
per biomassebiostabilizzante
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ANDANE
Sistema per aerazioneforzata
All’aperto- Maturazione
- Fermentescibilità residua
Rivoltamenti frequentiper agitazione o per
traslazione (scavallatrici,pesilatrici o rulli a
fresa laterale)
Usate
Al chiuso-Fermentescibilità
elevata
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BIOCONTAINER E BIOCELLE
Reattori chiusi staticicon aerazione forzata
Le biocelle e i biocontainervengono usati per la gestione
della fase attiva delcompostaggio della frazione
organica da raccoltadifferenziata.
Struttura incalcestruzzo
Strutturametallica
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BIOCONTAINER
* Il ricircolo dell’ariaserve ad evitare
- Amovibili
BIOCELLEE
- Non amovibili
un aumento di flusso d’arie da inviare altrattamento finale di abbattimento odori
di asportare l’umidità drenata dallabiomassa, ricircolandola con le arieriutilizzate e mantenendo il sistemanello stato termoigrometricoottimale per proseguire il processo
- Non coibentati- Arie esauste generalmente non ricircolate- Costi favorevoli
- Coibentate- Scambiatore di calore- Regolazione in feed-back dei flussi d’aria e del ricircolo- Sistemi di rivelazione dei parametri di stato (umidità, %O2, temperatura)- Ricircolo dell’aria *
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TRINCEE DINAMICHE
Reattori dinamicicon aerazione forzata
(movimentatrici)sistema in continuo in
ambienti chiusi (capannoni)
BACINI DINAMICI
- Sistema dinamico- Aerato- Rivoltatrici • a coclee • a ruote dentate • a tazze- Sistema chiuso- Impiegato per la fase attiva di biomasse ad elevata fermentescibilità
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BIOTAMBURI
- Sistema dinamico- Sistema chiuso- Reattori dotati di adduzione forzata di aria- Il carico e scarico possono essere in continuo in batch- Vengono usati come pre-trattamento dinamico di omogeneizzazione e pre-fermentazione accelerata
SILI
- Reattori chiusi- Carico e/o scarico continuo o discontinuo- Aerazione forzata- Carico dall’alto e insufflazione dal basso- Sistema statico (in batch) o semi-dinamico
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5. I PRE-TRATTAMENTI ED I TRATTAMENTI FINALI
Pre-trattamentiOperazioni volte ad allontanare
i corpi indesiderati dallebiomasse prima di avviarle al
trattamento biologico o acondizionarne la natura
fisico-chimica delle matrici
Trattamenti finaliOperazioni che condizionano il
materiale finale prima ditrasportarlo all’esterno
dell’impianto, con l’obiettivodi uniformare la granulometria
e allontanare i corpiindesiderati sfuggiti ai
pre-trattamenti
Pezzatura Umidità
Umidità Consistenza
Granulometria
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A. “condizionare” la natura fisica dei materiali da sottoporre al
processo biologico (pre-trattamenti)o quella merceologica dei
prodotti finali (post-trattamenti)
…Riassumendo
B. separare i corpi estranei od indecomposti eventualmente
presenti
Pre-trattamenti- Triturazione / sfibratura- Miscelazione / omogeneizzazione- Inumidimento o asportazione dell’umidità in eccesso
Post-trattamenti- Essiccamento- Pellettizzazione
Pre-trattamenti
- Separazione dei corpi metallici
Post-trattamenti- raffinazione dimensionale, densimetrica o aeraulica
- Vagliatura / separazione (dimensionale, idrodinamica)
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Consentono di aumentare lasuperficie di contatto eattivare il metabolismo
microbicoMiscelazione. Devono essere
garantite le condizioni distrutturazione della biomassa,
necessarie alla diffusione gassosa
Gruppi operativi- a martelli (lignocellulosici)- a coltelli- a coclee
TRITURAZIONE, LACERAZIONEE SFIBRATURA
MISCELAZIONE EDOMOGENEIZZAZIONE
Omogeneizzazione. Non visono effetti di miscelazione
progressiva dei materiali garantiti dai sistemi di movimentazione
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È opportuno il condizionamento delle miscele tramite l’addizionedi un agente di “bulking” (“strutturante”);
l’obiettivo è quello di conferire alla massa porosità sufficiente e dicontenerne l’umidità entro i limiti (70%)
ASPORTAZIONE DELL’UMIDITÀ IN ECCESSO
VAGLIATURA E RAFFINAZIONE (1)
Per la pre-separazione dei corpi estranei di dimensioni macroscopichevengono adottati vagli primari a separazione dimensionale checonsentono di abbassare la quota di tali corpi nell’ “umido” da
raccolta differenziata impedendo l’usura dei macchinari egarantendo, dopo la raffinazione finale, la purezza del prodotto.
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VAGLIATURA E RAFFINAZIONE (2)
Per i RU indifferenziati vengono adottati sistemi di vagliaturache permettono di allontanare il sopravvaglio con scarso contenutodi sostanze fermentescibili, reso quindi idoneo allo smaltimento in
discarica per il recupero energetico.
Se l’obiettivo è la produzione di biostabilizzati per applicazionipaesistico-ambientali, vincolati al rispetto di precisi limiti si adotta
una “vagliatura a doppio stadio”, in modo da ottenere: - una frazione fine, in cui si concentrano macerie e polveri, da sottoporre a stabilizzazione pre-discarica - una frazione intermedia, da sottoporre a compostaggio per la produzione biostabilizzati per applicazioni controllate - una frazione grossolana, costituita dal sovvallo
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VAGLIATURA E RAFFINAZIONE (3)
Dal punto di vista del rendimento di separazione, risulta più efficacela separazione con sistemi idraulici (es. idropulpatori), che prevedono
la dispersione del materiale in acqua e la separazione su basi densimetrichedei flussi di materiale leggero e pesante; il materiale organico, che
rimane in sospensione, viene separato per centrifugazione.
La separazione efficace è attestata dalla purezza totale dell’organicoseparato; inoltre la separazione in flusso acqueo consente un
“lavaggio” di molti sali liberi dagli scarti alimentari. I costi di taliattrezzature non rendono possibile molte volte l’adozione.
La raffinazione finale, può essere dimensionale e/o densimetrica.La separazione densimetrico-aeraulica consente la separazionedi piccoli corpi plastici o vetrosi e di sassi, dal prodotto finale.
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6. GENESI E GESTIONE DEL PROBLEMA ODORI
I processi di decomposizione, o di semplice dispersione dei composti piùvolatili, sono il problema strutturale negli impianti di compostaggio.
Tuttavia è possibile intervenire sulla intensità e sul tono edonico degli odoririlasciati. Le emissioni odorose sono dovute alla presenza, nelle arie esaustedi cataboliti ridotti (non completamente ossidati da S, N, C), e tale presenzaè in contraddizione con le caratteristiche aerobiche che dovrebbero portare
alla produzione ed al rilascio di cataboliti ossidati ed inodori (CO2, SO4, NO3).
I motivi di fenomeni odorosi intensi possono essere ricondotti allapresenza di situazioni critiche processuali o impiantistiche come:
- presenza di sacche “anaerobiche” nei cumuli - scarso o intempestivo utilizzo dell’aerazione forzata della biomassa - rivoltamenti inopportuni e/o intempestivi
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LE POTENZIALI FONTI
• Mancata canalizzazione e trattamento delle arie esauste odorose• Bassa efficienza dei sistemi di abbattimento • Mancata tenuta in depressione dei capannoni di bioconversione • Fuoriuscita di arie odorose da portali (es. fosse di scarico)• Messa a parco in maturazione all’aperto di materiale ancora fortemente odorigeno • Stazionamento all’aperto di sovvalli ad elevata componente fermentescibile • Interruzione precoce dei processi aerobi a carico di biomasse non ancora mature; • Presenza di estese pozze di percolato
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BUONE PRATICHE GESTIONALI NEI PROCESSI NON PRESIDIATI:IL COMPOSTAGGIO DEGLI SCARTI VERDI (1)
• una inerente a processi di trasformazione della sostanza organica, in cui le molecole organiche coinvolte danno origine a cataboliti intermedi e prodotti ultimi della degradazione • una accidentale dovuta ad errori o eventi fortuiti nella gestione dell’impianto, laddove tali eventi fanno allontanare la biomassa dalle condizioni aerobiche, determinando processi anaerobici, putrefattivi e fortemente odorigeni
Nella gestione degli impianti di compostaggio la produzione di effettiodorigeni è dovuta all’effetto concomitante o disgiunto di due componenti:
Va rammentato che l’equilibrio aerobico del processo si consegue laddovevi è equilibrio tra velocità di consumo di O2, determinata dalla
fermentescibilità dei materiali organici, e rifornimento di O2 determinato da:
• porosità dei materiali
• dimensioni dei cumuli
• interventi esterni (rivoltamento e/o aerazione forzata)
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BUONE PRATICHE GESTIONALI NEI PROCESSI NON PRESIDIATI:IL COMPOSTAGGIO DEGLI SCARTI VERDI (2)
Per il compostaggio all’aperto di materiali lignocellulosici da manutenzionedel verde è bene dunque adottare una serie di comportamenti operativi
volti a favorire l’equilibrio aerobico del processo, preservandole caratteristiche di questo tipo di materiali:
1. Va posta la massima attenzione nel cercare di rispettare le proporzioni tra matrici legnose ed erbacee, avendo cura di riservare porzioni di scarto legnoso per le necessità primaverili-estive.2. Nel caso di stoccaggio prolungato dei materiali in ingresso all’impianto, in attesa della loro frantumazione non vanno allestiti grossi quantitativi di soli scarti erbacei, che rappresentano la frazione più fermentescibile in quanto ricca di umidità e componenti proteiche e priva di porosità intrinseca. 3. La frantumazione deve evitare la riduzione delle matrici legnose a pezzature ridotte.4. In caso di adozione di sistemi di frantumazione molto spinta, con produzione di legno di piccola pezzatura, vanno contenute le dimensioni verticali (max 3 metri) e trasversali dei cumuli (max 6 metri) onde favorire la diffusione dell’aria “fresca” in ingresso e l’aria “esausta” in uscita.
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BUONE PRATICHE GESTIONALI NEI PROCESSI NON PRESIDIATI:IL COMPOSTAGGIO DEGLI SCARTI VERDI (3)
5. Non va trascurato il rivoltamento periodico dei cumuli per prevenire l’esaurimento dei fenomeni di diffusione e l’instaurazione dei processi anaerobici, che alla movimentazione successiva del cumulo determinerebbero massicci effetti odorigeni. 6. È opportuno cercare di non concentrare le operazioni di movimentazione nei periodi con condizioni atmosferiche critiche (bassa pressione e venti moderati).7. Laddove si ravvisino fattori di particolare criticità ambientale, quali:
Le prime movimentazioni del materiale devono essere svolte con una certa cautela, in periodi atmosferici favorevoli.
- condizioni di persistenti precipitazioni atmosferiche (eccessivo “carico” idrico sui cumuli)- necessità di movimentare materiale compattato- impedimenti pregressi a eseguire i rivoltamenti per congestionamento operativo
8. Bisogna avere cura nell’evitare ristagni di acque di percolazione; tali acque contengono componenti organiche (COD 1000-10.000 mg/l), quindi sarebbe opportuno lavare con acqua pulita.
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7. LA PREVENZIONE DEL PROBLEMA ODORIMEDIANTE L’OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO
Se è vero che gli odori da processi di bioconversione sono dovutiad intermedi di degradazione non completamente ossidati si può
intervenire, minimizzando l’occorrenza di stati anaerobici all’internodella biomassa, la formazione di composti organici ridotti e con
ciò stesso il potenziale odorigeno del sistema.
L’AERAZIONE FORZATA
È un fattore di forte implementazione delle condizioni di processonei sistemi intesi al trattamento di materiali a bassa consistenza
e elevata fermentescibilità.
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Qualsiasi sostanza che, per il suo contenuto in elementi nutritivi oppureper le sue peculiari caratteristiche chimiche, fisiche e biologichecontribuisce al miglioramento della fertilità del terreno agrario oppureal nutrimento delle specie vegetali coltivate o, comunque, ad un loromigliore sviluppo.
Fertilizzante
Concime
Qualsiasi sostanza che, naturale o sintetica, minerale od inorganica, idoneaa fornire alle colture l’elemento o gli elementi chimici della fertilità aqueste necessarie per lo svolgimento del loro ciclo vegetativo e produttivo,secondo le forme e le solubilità.
Ammendante e correttivo
Qualsiasi sostanza, naturale o sintetica, minerale od inorganica, capace dimodificare e migliorare le proprietà e le caratteristiche chimiche, fisiche,biologiche e meccaniche del terreno.