IT202100014126A1 - Processo e impianto per ridurre le emissioni maleodoranti del percolato da discarica. - Google Patents
Processo e impianto per ridurre le emissioni maleodoranti del percolato da discarica. Download PDFInfo
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Description
PROCESSO E IMPIANTO PER RIDURRE LE EMISSIONI MALEODORANTI DEL
PERCOLATO DI DISCARICA
Campo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un impianto e ad un processo per ridurre al minimo ed anche abbattere le emissioni maleodoranti del percolato di discarica. Il processo che si effettua nello stabilimento si basa su: fitodepurazione/fitoriparazione e vermicompostaggio abbinati ad una fase di elettrificazione del percolato.
Riduzione dell'impatto odoroso nella lavorazione degli scarti vegetali (caso studio nella Regione Marche)
Gli odori sono uno degli aspetti con il maggior impatto negativo sull'ambiente; provocano infatti un forte e persistente fastidio per la popolazione. Per questo motivo, negli ultimi anni, il tema del monitoraggio, controllo e valutazione dell'impatto degli odori prodotti da alcune attivit? industriali ? oggetto di crescente attenzione da parte della Pubblica Amministrazione. Questo problema riguarda diverse aziende industriali, comprese quelle operanti nel trattamento dei rifiuti vegetali: in questo caso, la causa principale delle emissioni di odori ? rappresentata dalle emissioni di sostanze organiche. L'obiettivo era realizzare un sistema innovativo per l'abbattimento delle emissioni di odori per un trattamento dei rifiuti nella Regione Marche. In particolare, l'azienda individuata era un'azienda che si occupa del trattamento di rifiuti speciali non pericolosi, e l'innovativo sistema di abbattimento delle emissioni consisteva in tecnologie di trattamento dei rifiuti biologici come il vermicompostaggio.
1. Introduzione.
I rifiuti solidi organici rappresentano una seria minaccia per l'ambiente poich? il mondo lotta per tenere il passo con la loro rapida generazione. Le tecnologie di trattamento dei rifiuti biologici come il compostaggio e il vermicompostaggio sono ampiamente considerate un metodo pulito e sostenibile per gestire i rifiuti organici. Le citt? del mondo generano circa 13 miliardi di tonnellate di rifiuti solidi all'anno, quasi il doppio delle quantit? generate un decennio fa ( , 2012).
Entro il 2025, la generazione di rifiuti solidi raddoppier? nuovamente (Hoornweg et al., 2013). L'aumento annuale della produzione di rifiuti solidi ? indissolubilmente legato al rapido aumento della popolazione mondiale e al tasso di urbanizzazione. Tra i rifiuti solidi totali generati a livello globale, i rifiuti organici rappresentano la percentuale maggiore con il 46% ( , 2012). I rifiuti organici comprendono avanzi di cibo, scarti di cortile e rifiuti agricoli. Il resto dei rifiuti ? inorganico come carta, plastica, vetro, metallo e altri.
Gli attuali metodi di gestione dei rifiuti solidi sono lo smaltimento in discarica, l'incenerimento, il riciclaggio, il riutilizzo, la riduzione alla fonte e altri (Wuet et al., 2014). Sia lo smaltimento in discarica che l'incenerimento sono caratterizzati come smaltimento dei rifiuti, che sono le opzioni meno preferite nella gerarchia della gestione dei rifiuti. In molte parti del mondo, la discarica rimane il metodo dominante per lo smaltimento dei rifiuti in quanto ? il pi? economico in termini di costi di capitale ( 2012). Nei paesi sviluppati, le discariche sono dotate di una combinazione di sistemi di contenimento dei rifiuti come il rilevamento delle perdite e i sistemi di gestione per la raccolta di percolati e biogas (
2012). Negli ultimi anni, l'interramento controllato in questi paesi ? in aumento ( 2010) ma lo scarico a cielo aperto ? ancora una pratica comune ( , 2012). Anche la gestione del percolato ? un problema problematico perch? il percolato grezzo contiene un elevato carico organico nella domanda chimica di ossigeno ( 2013), che richiede una corretta gestione e smaltimento che aggiunger? costi all'operazione di discarica ( 2014 ). Preoccupano anche le emissioni di gas serra dovute alla decomposizione dei rifiuti solidi in discarica ( 2015); inoltre, uno dei principali problemi legati alle discariche ? la produzione di emissioni di odori. Inoltre, la limitazione della terra e il valore dei rifiuti come risorse sono ragioni concrete per abbandonare lo smaltimento in discarica e passare a una strategia di gestione dei rifiuti pi? sostenibile ( 2013); un recente studio condotto da (2015) ha anche mostrato che nei prossimi 10 e 15 anni, un aumento delle proporzioni di incenerimento e compostaggio ? pi? fattibile rispetto al conferimento in discarica nella gestione dei rifiuti solidi urbani.
L'incenerimento dei rifiuti potrebbe essere la soluzione per ridurre il degrado dei terreni, la generazione di gas metano e la produzione di percolato causata da un'errata discarica. L'incenerimento ? adatto per rifiuti non biodegradabili a basso contenuto di umidit? ( 2014). Inoltre, durante l'incenerimento sono possibili una riduzione del volume dei rifiuti fino al 90% e il recupero di energia (
2012).
Altre opzioni di gestione dei rifiuti solidi sono le 3R, consistenti nella riduzione della fonte, nel riciclaggio e nel riutilizzo ( 2013). Le opzioni di gestione dei rifiuti che utilizzano le 3R sono in linea con l'iniziativa di produzione pi? pulita che prevede l'applicazione continua di strategie ambientali preventive a tutti i processi per massimizzare l'efficienza e ridurre al minimo l'impatto sull'ambiente (UNEP, 2015).
La principale sfida ? rappresentata dalla tecnologia di prevenzione e riduzione dei rifiuti piuttosto che dallo sviluppo di nuove tecnologie di trattamento dei rifiuti (
2013). La riduzione alla fonte comporta la riprogettazione dei processi e la gestione dei prodotti per ridurre la quantit? di rifiuti generati e le emissioni di gas serra. Se non si generano rifiuti, non c'? bisogno di trattamento o smaltimento.
Il riciclaggio aiuta anche a ridurre la quantit? di rifiuti come carta, vetro e metallo generati restituendo i materiali consumati all'economia ( , 2009). I tassi di riciclaggio sono pi? alti ed efficaci nei paesi sviluppati rispetto ai paesi in via di sviluppo grazie ai migliori servizi di raccolta e alle strutture per lo smistamento e il trattamento. Queste strutture sono altamente attrezzate, comuni e regolamentate ( 2012). I paesi in via di sviluppo spesso mancano di strutture per il riciclaggio e il trattamento dei rifiuti, dove i rifiuti vengono ancora scaricati in un ambiente aperto ( 2015).
Il riutilizzo ? un'altra strategia di gestione dei rifiuti che non possono essere riciclati e aiuta a ridurre la quantit? da smaltire ( 2009). Esempi di riutilizzo dei rifiuti solidi organici sono i processi di compostaggio e vermicompostaggio. Il compostaggio ? una decomposizione biologica dei rifiuti organici in condizioni aerobiche o anaerobiche. Allo stesso modo, il vermicompostaggio ? anch'esso un processo di decomposizione biologica dei rifiuti organici ma con l'aggiunta di lombrichi per accelerare il processo di biodegradazione. Il compost e il vermicompost prodotti dai rifiuti organici possono essere riutilizzati come fertilizzanti organici ricchi di sostanze nutritive o per l'applicazione sul terreno ( 2014).
Questi due processi sono anche molto favoriti per la gestione dei rifiuti solidi a causa dell'elevata percentuale di rifiuti organici nella composizione dei rifiuti. Inoltre, i costi sostenuti sono minori sia nel processo di compostaggio che nel processo di vermicompostaggio, rendendoli una buona opzione da applicare nei paesi in via di sviluppo.
Il compostaggio e il vermicompostaggio potrebbero essere l'opzione pi? promettente per la gestione dei rifiuti organici, soprattutto nei paesi a basso reddito, perch? comportano costi inferiori e hanno un impatto minore sull'ambiente. I meccanismi dei processi di compostaggio e vermicompostaggio nella produzione di fertilizzanti organici dai rifiuti mostrano che stanno soddisfacendo il concetto di produzione pi? pulita. Inoltre, la forza trainante dell'introduzione del compostaggio e del vermicompostaggio (o altri processi di riutilizzo) nella gestione dei rifiuti solidi organici ? il riconoscimento globale della necessit? di recuperare materiali organici utili e restituirli al suolo. Pertanto, questa ricerca si ? concentrata sul potenziale dell'introduzione del compostaggio e del vermicompostaggio nella biotrasformazione dei rifiuti organici in fertilizzante come strategia di gestione dei rifiuti sostenibile.
Il compostaggio ? una decomposizione biologica dei rifiuti organici in un ambiente aerobico (Makan et al., 2014) o anaerobico ( , 2014), con il primo che ? pi? comune. Le sostanze organiche nei rifiuti vengono consumate da microrganismi aerobici termofili e mesofili come substrati e convertite in prodotti mineralizzati come CO2, H2O, NH4<+ >o sostanze organiche stabilizzate ( 2014). Il compost risultante ? una miscela stabile, ricca di humus e complessa che pu? migliorare le propriet? fisiche del suolo ( , 2011). I fattori che influenzano il processo di compostaggio sono la temperatura, il rapporto C/N iniziale, l'aerazione, la porosit?, il contenuto di umidit? e il pH (
2013). Durante il processo di compostaggio, questi parametri sono regolati e controllati per fornire un ambiente ottimale affinch? i microrganismi possano degradare i rifiuti organici ( , 2015). Come il compostaggio, anche il processo di vermicompostaggio ? una decomposizione biologica dei rifiuti organici per produrre fertilizzante organico stabilizzato, vale a dire il vermicompost. A differenza del compostaggio, il processo di vermicompostaggio comporta interazioni tra lombrichi e microrganismi per biodegradare i rifiuti organici a un ritmo pi? rapido ( 2010). Il vermicompostaggio ? accelerato dall'attivit? combinata di diversi gruppi di microrganismi. Uno dei modi possibili per aumentare il contenuto di nutrienti del vermicompost ? una tecnica di arricchimento microbico con fissatori di azoto e solubilizzatori del fosforo ( , 2012). L'incorporazione di vermicompost insieme a fertilizzanti microbici ha avuto un effetto benefico sulla resa delle colture. I microrganismi producono enzimi che causano la decomposizione biochimica della materia organica, ma i lombrichi sono il motore cruciale del processo poich? sono coinvolti nella stimolazione indiretta della popolazione microbica attraverso la frammentazione e l'ingestione di materia organica fresca. Questo, a sua volta, si traduce in una maggiore superficie disponibile per la colonizzazione microbica, aumentando cos? drasticamente l'attivit? microbiologica ( 2002). I lombrichi agiscono come i principali motori nella decomposizione dei rifiuti organici frammentando e condizionando il substrato. In tal modo, i lombrichi aumentano la superficie dei rifiuti organici esposti ai microrganismi. Pertanto, l'attivit? microbica e il processo di decomposizione dei rifiuti solidi sono migliorati. Il vermicompostaggio si traduce nella produzione di vermicompost o cast di lombrichi che ha un basso rapporto C/N, elevata porosit?, capacit? di trattenere l'acqua e nutrienti disponibili ( 2015b). Come il compostaggio, anche l'efficienza del processo di vermicompostaggio ? influenzata da diversi fattori come il rapporto C/N iniziale, il contenuto di umidit?, il pH e la natura dei rifiuti organici. Rispetto al processo di compostaggio, tutti i fattori che influenzano il processo di vermicompostaggio sono anche indissolubilmente legati alle specie di lombrichi che vengono utilizzate durante il processo di biodegradazione. Oltre al vermicompost, durante il vermicompostaggio viene prodotta anche la biomassa dei lombrichi. Dopo il completamento del processo di vermicompostaggio, i lombrichi sono stati rimossi dal vermicompost.
I lombrichi utilizzati nel processo di vermicompostaggio devono possedere le seguenti caratteristiche: 1) alti tassi di consumo, digestione e assimilazione di materia organica; 2) elevata tolleranza agli stress ambientali; 3) alto tasso riproduttivo; 4) rapida crescita. I lombrichi sono classificati in tre diverse categorie, ovvero epigeico, endogeico e anecico; tra questi lombrichi, i lombrichi epigeici sono i lombrichi pi? adatti per essere utilizzati nel processo di vermicompostaggio poich? vivono in orizzonti organici e si nutrono principalmente di materia organica in decomposizione. Le specie epigeiche sono le pi? efficienti nella biodegradazione dei rifiuti organici e nel rilascio di nutrienti nel suolo. Inoltre, l'ultimo studio ha rivelato che il modo di vivere in superficie proteggeva il lombrico epigeico dalla sua esposizione ai pesticidi ( 2014). Tra i lombrichi epigeici, Eisenia fetida ed Eisenia andrei sono i pi? utilizzati nel vermicompostaggio perch? entrambi i lombrichi sono pellegrini e ubiquitari con una distribuzione mondiale, resilienti e hanno un'ampia tolleranza alla temperatura ( 2004).
I nutrienti recuperati vengono riciclati al suolo come fertilizzante organico (compost e vermicompost), chiudendo cos? il ciclo della sostanza organica ( 2013). Secondo (2013), le propriet? chimiche del suolo modificate sia dal compost che dal vermicompost, portano a un aumento del carbonio e dell'azoto, a un pH pi? elevato e alla capacit? di scambio cationico ma a una minore disponibilit? di P, NH4<+ >e NO3 rispetto ai fertilizzanti minerali; il vermicompostaggio (
2015b) ? noto per influenzare positivamente la struttura del suolo e aumentare la sua popolazione e attivit? microbica. A causa delle caratteristiche possedute dai fertilizzanti organici, Quiros et al. (2014) hanno concluso che i fertilizzanti organici erano sostituti adatti del fertilizzante minerale. Uno studio condotto da Cabanillas et al. (2013) ha mostrato che la pianta di basilico produceva una crescita migliore quando veniva utilizzato il vermicompost rispetto all'urea. Inoltre, l'utilizzo di fertilizzanti organici ha ridotto la quantit? di frazione organica che finirebbe in discarica; e ottimizzato i nutrienti che erano gi? in uso senza richiedere l'estrazione di pi? nutrienti non interrompendo il ciclo naturale ( , 2014).
Il vermicompostaggio, come il processo di compostaggio, ? esso pure un processo di decomposizione dei rifiuti organici ma con l'aggiunta di lombrichi per aiutare e accelerare il processo di stabilizzazione dei rifiuti ( 2015b); pertanto, rifiuti organici idonei o materie prime per i lombrichi sono fondamentali per garantire un processo di vermicompostaggio efficace ed efficiente ( 2011a). I lombrichi possono consumare la maggior parte dei materiali organici che hanno un pH compreso tra 5 e 8, un contenuto di umidit? compreso tra 40 e 55% e un rapporto C/N iniziale intorno a 30. Tuttavia, non tutti i rifiuti organici rientrano in questi parametri; pertanto, per rendere i rifiuti organici pi? idonei al vermicompostaggio, i rifiuti dovrebbero essere: 1) modificati con agenti di carica/rifiuti organici (o modifiche) o 2) sottoposti a una qualche forma di processo di pretrattamento. Durante il processo di vermicompostaggio, vengono utilizzati agenti di carica o modifiche per rendere i rifiuti organici pi? appetibili per i lombrichi. Ad esempio, lo sterco di vacca ? comunemente usato come ammendante nel processo di vermicompostaggio perch? ? il rifiuto animale pi? facile per la coltivazione dei lombrichi ( , 2004). Alcuni rifiuti organici potrebbero essere sottoposti a vermicompostaggio senza l'utilizzo di materiali sfusi, ma ? necessario introdurre una qualche forma di processo di pretrattamento prima del processo di vermicompostaggio. Ad esempio, lo sterco di vacca essiccato ? comunemente usato come ammendante, ma lo sterco di vacca fresco ? sfavorevole per la crescita dei lombrichi ( 2004). I materiali di scarto organici freschi non possono essere applicati al suolo fino a quando non sono stati sufficientemente biostabilizzati, poich? l'applicazione di materiali organici immaturi al suolo pu? influenzare la crescita delle piante a causa della carenza di azoto e della produzione di metaboliti tossici ( 1981).
Pertanto, nella maggior parte degli studi sul vermicompostaggio, ? pratica comune pretrattare i rifiuti organici almeno ruotando manualmente i rifiuti per eliminare i gas volatili che sono tossici per i lombrichi ( 2014) e ridurre l'elevato contenuto di umidit? in alcuni rifiuti organici ( 2014). Come nel compost, la presenza di metalli pesanti nel vermicompost rappresenta una seria minaccia per l'uomo e l'ambiente a causa della sua applicazione agricola. (2013a) hanno scoperto che il processo di vermicompostaggio era efficace nel ridurre la maggior parte delle frazioni biodisponibili dei metalli pesanti.
(2013c) hanno confermato che la concentrazione percolabile di metalli pesanti nel vermicompost era al di sotto del limite di soglia. Inoltre, i lombrichi sono stati in grado di accumulare metalli pesanti nei rifiuti organici attraverso l'assorbimento cutaneo o nel loro intestino ( 2015b). (2014) hanno scoperto che alcune frazioni disponibili di metalli pesanti sono state rimosse dai lombrichi attraverso l'assorbimento intestinale/cutaneo. Il contenuto di metalli pesanti trovato nei tessuti dei lombrichi ha confermato la teoria secondo cui i lombrichi avevano la capacit? di regolare i metalli.
Resta irrisolto il problema del cattivo odore del percolato/liquame generato dal compostaggio.
Se non espressamente escluso nella descrizione dettagliata che segue, quanto descritto in questo capitolo ? da considerarsi parte integrante della descrizione dettagliata.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE
? stato ora sviluppato un impianto, e qui risiede l'essenza della presente invenzione, che consente di ridurre al minimo e addirittura abbattere le emissioni maleodoranti del percolato di discarica.
Altro oggetto dell'invenzione ? il processo che si realizza nell'impianto e che si basa su: fitodepurazione e lombrichi abbinati ad una fase di elettrificazione del percolato.
In particolare, l'innovativo impianto e processo di abbattimento delle emissioni secondo l'invenzione si basa su tecnologie di trattamento biologico dei rifiuti quali il vermicompostaggio e la fitodepurazione/fitoriparazione. Questa tecnica innovativa ha permesso di ridurre le emissioni di odori grazie ad una riduzione delle emissioni di sostanze organiche e ammoniaca.
2. Materiali e metodi.
2.1 Trattamento dei rifiuti: un caso di studio nella Regione Marche.
L'azienda marchigiana individuata con problemi legati all'impatto odoroso era un'azienda (non verr? specificato il nome dell'azienda in questione per motivi di privacy) che si occupa del trattamento di rifiuti speciali non pericolosi (rifiuti vegetali, cellulosa e carta) per produrre compost. L'attivit? attualmente svolta ? riconducibile alle attivit? agricole in quanto si effettua il recupero di materiale vegetale, anche a partire da rifiuti, restituendo un ammendante in linea con quanto richiesto dalla normativa sui fertilizzanti. I principali rifiuti utilizzati per produrre compost di qualit? sono scarti vegetali da colture agricole, scarti vegetali derivanti da attivit? agroindustriali, scarti legno-cellulosici derivanti dalla manutenzione del verde ornamentale, fibre e fanghi di carta. I rifiuti derivano da processi agroindustriali con trattamenti fisici o termici senza l'utilizzo di sostanze denaturanti. Il processo produttivo dell'ammendante compostato verde ACC (Active Composting Composite) consiste nella trasformazione biologica aerobica delle matrici che evolve attraverso una fase termofila e porta alla stabilizzazione e umificazione della sostanza organica. Le fasi del processo si suddividono in una prima fase di stoccaggio e pretrattamento ed una fase di maturazione. Il processo ? condotto in modo tale da garantire il controllo delle caratteristiche chimico-fisiche delle matrici organiche di partenza, il controllo della temperatura di processo e un apporto di ossigeno sufficiente a mantenere le condizioni aerobiche della massa. I rifiuti vengono stoccati in un ambiente confinato dotato di sistema di drenaggio e raccolta delle acque reflue di processo e quindi triturati. Successivamente il rifiuto viene sottoposto alla fase di maturazione (circa 30 giorni) mediante biossidazione ad una temperatura di circa 55?C. In questa azienda il classico abbattimento degli odori avviene tramite irrigazione e nebulizzazione dei cumuli.
2.2 Sistema innovativo di abbattimento delle emissioni di odori.
L'innovativo sistema di abbattimento delle emissioni consiste nelle tecnologie di trattamento biologico dei rifiuti come il vermicompostaggio; questa innovativa tecnica ha permesso di ridurre le emissioni di odori grazie ad una riduzione delle emissioni di sostanze organiche e ammoniaca.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE
La presente invenzione riguarda una tecnica per il trattamento di percolato, digestati e liquidi organici derivanti dalla digestione di biomasse, indicata nel seguito nel suo complesso come percolato.
L'invenzione riguarda anche l'impianto per il trattamento di detto percolato, impianto che combina una fase di elettrificazione con fitodepurazione e vermicompostaggio per ottenere la biotrasformazione dei rifiuti organici liquidi in fertilizzanti come strategia di gestione sostenibile dei rifiuti.
Il processo ? organizzato in una serie di passaggi effettuati in vasche.
Come mostrato in Fig. 1, che ? una illustrazione non limitativa dell'impianto e del processo secondo l'invenzione, preferibilmente la linea ? costituita da cinque vasche e una lamiera elettrificata.
In una forma di realizzazione preferita, le vasche sono disposte in cascata con la prima vasca 1 posta ad un livello superiore rispetto alla seconda vasca 2, che si trova ad un livello superiore rispetto alla terza vasca 3, che si trova ad un livello superiore rispetto alla quarta vasca.4, che ? posta ad un livello pi? alto della quinta vasca 5.
Tra l'ultima e la penultima vasca ? interposta una lamiera elettrificata 6, leggermente inclinata verso la quinta vasca 5.
Le vasche sono preferibilmente vasche aperte.
Il materiale da depurare ? preferibilmente percolato di discarica, digestati e liquidi organici, come sopra definiti.
La vasca 1 ? sostanzialmente una vasca di stoccaggio e aerazione, eventualmente dotata di un sistema di agitazione, mezzi per l'alimentazione di liquidi e mezzi per lo scarico di liquidi. La vasca 1 contiene il percolato da depurare, che al termine del processo verr? trasformato in compost o fertilizzante liquido.
La vasca 2 ? sostanzialmente una vasca di fermentazione ed aerazione, eventualmente dotata di un sistema di agitazione, mezzi per l'alimentazione di liquidi e mezzi per lo scarico di liquidi. La vasca 2 contiene il percolato da trattare, che verr? poi alimentato alla vasca 3.
La vasca 3 ? sostanzialmente una vasca di fitodepurazione a lombrichi, eventualmente dotata di un sistema di agitazione, mezzi per l'alimentazione di liquidi e mezzi per lo scarico di liquidi. La vasca 3 contiene il percolato da trattare, che verr? poi alimentato alla vasca 4.
La vasca 4 ? sostanzialmente una vasca di crescita e maturazione dei lombrichi, eventualmente dotata di un sistema di agitazione, mezzi per l'alimentazione di liquidi e mezzi per lo scarico di liquidi. La vasca 4 contiene il percolato in trattamento, che verr? poi alimentato alla lamiera elettrificata 6.
La vasca 5 ? sostanzialmente una vasca di accumulo, eventualmente dotata di un sistema di agitazione, mezzi di alimentazione di liquidi, mezzi di pompaggio e ricircolo di liquidi e mezzi di scarico di liquidi. La vasca 5 ? utilizzata per contenere il compost maturo e un'aliquota dell'eventuale percolato residuo che verr? fatto ricircolare nella vasca 1 per ulteriori trattamenti fino all'ottenimento del compost maturo.
La lamiera elettrificata 6 ? sostanzialmente una lamiera piana provvista di connessioni elettriche per il collegamento ad un elettrificatore in grado di fornire energia per una corrente continua come ad esempio nell'ambito di lamiere elettrificate o recinti per animali.
In dettaglio, il processo prevede le seguenti fasi principali:
- In detta prima vasca 1 viene stoccato il percolato da trattare, eventualmente viene introdotto un agitatore per impedire il deposito della parte sospesa (vasca di aerazione).
- Il tempo di permanenza del liquido dipende dall'apertura del dispositivo di scarico, come un rubinetto, posto alla base della vasca. Il liquido scender? per gravit? ed in maniera sostanzialmente regolare dalla vasca 1, per bagnare il compost nella successiva vasca 2;
- Al termine del tempo di permanenza nella vasca 1, il percolato in trattamento viene alimentato nella vasca 2 (preferibilmente per caduta). Nella seconda vasca 2 il liquame da trattare viene riscaldato (mediante processo di fermentazione naturale) ad una temperatura compresa tra 20 e 40 gradi a seconda del livello di calore raggiunto dal composto in fermentazione. Il percolato scender? per gravit? in maniera regolare nella vasca 3, e verr? mantenuto all'aria. Questo liquame ? fondamentalmente un compost a maturazione caldo/tiepido.
- Al termine del tempo di permanenza nella vasca 2 il percolato in trattamento viene alimentato nella vasca 3 (preferibilmente per caduta). Nella vasca 3 ? gi? presente un'aliquota di compost maturo con l'aggiunta di lombrichi (preferibilmente lombrichi Eisenia fetida ed Eisenia andrei) e canna comune (arundo donax) o palustre (phragmites australis) o altre specie di piante compatibili con la fitodepurazione, la quantit? di compost maturo da utilizzare ? quello normalmente utilizzato per mantenere in vita le piante, i lombrichi si riproducono continuamente e quindi in gran numero.
Nella vasca 3 operiamo in condizioni di fitodepurazione (che purifica ed evapora l'acqua) e lombrichi.
- Al termine del tempo di permanenza nella vasca 3 il percolato in trattamento viene alimentato nella vasca 4 (preferibilmente per caduta). Nella vasca 4 sono presenti i lombrichi immersi nel compost maturo, questa vasca 4 serve per prolungare il trattamento del percolato con i lombrichi, che hanno anche la capacit? di fissare nei loro tessuti i metalli presenti nel liquame da depurare.
- Il passaggio dalla penultima all'ultima vasca non avviene direttamente in quanto il liquido in maturazione, gi? pi? concentrato in relazione all'aumento di sostanza secca, viene fatto passare su una lamiera elettrificata, preferibilmente con corrente continua (del tipo " recinzioni elettriche per il bestiame"). Questo passaggio consente il fissaggio di alcuni metalli e l'evaporazione dell'acqua. Il liquido che passa dalla vasca 4 alla vasca 5 e che scorre sopra la lamiera elettrificata ? solo il liquido che ad ogni passaggio viene depurato dalle sostanze nocive e arricchito con sostanze prodotte dai lombrichi, come le auxine.
Una volta completato il trattamento elettrico, il compost viene alimentato all'ultima vasca che funge da accumulo, qui ? presente una pompa che fa ricircolare il liquido alla prima vasca di compostaggio, se del caso.
Il ricircolo pu? essere effettuato pi? volte.
Il tempo complessivo di trattamento ? in genere di circa 30 giorni e il numero di ricircoli non ? limitante. Quanto ai tempi di permanenza dei liquidi (percolato o percolato in trattamento) in ciascuna vasca, questi sono facilmente determinabili dall'esperto del settore e dipendono dalle stagioni, (essendo queste generalmente piante da esterno), dall'attivit? del lombrico, dall'attivit? fotosintetica delle piante e dal calore sviluppato durante la fermentazione; inoltre, il tempo deve essere determinato in funzione della quantit? di percolato residuo che si verifica al termine di ogni passaggio dalla vasca 1 alla vasca 5 rispetto a quello introdotto inizialmente.
Al termine del trattamento la concentrazione di ammoniaca diminuisce tipicamente da 410 mg/l a 27 mg/l, il limite per l'immissione di quest'ultima nelle fognature ? di 30 mg/l.
La depurazione effettuata nell'impianto secondo l'invenzione ? la combinazione dei seguenti effetti: coltivazione di lombrichi, fitodepurazione, elettrificazione, ossigenazione per eventuale agitazione/mescolamento e spostamento di acqua da una vasca a quelle sottostanti. Le tecniche utilizzate in questa sequenza permettono di ridurre al minimo gli odori creati dalla parte organica putrescente, diminuire o eliminare i metalli presenti nel percolato, aggiungere sostanze importanti per la crescita delle piante prodotte dai lombrichi, inoltre, come da studio allegato, diminuiscono i valori di TOC e COD, stabilizzando anche il pH. Non esiste una tecnica che possa eseguire tutte queste operazioni in un unico trattamento per creare un fertilizzante liquido da utilizzare in agricoltura.
Va ricordato che la fitodepurazione/fitorisanamento ? una metodologia nota che consente la depurazione delle acque reflue mediante piante che crescono in ambiente umido e sono in grado di attivare processi chimici, fisici e biologici che portano alla rimozione degli inquinanti.
L'esperto del ramo, con le sue conoscenze e con le informazioni desumibili da questa descrizione, ? in grado di dimensionare l'impianto e le condizioni operative per trasformare in compost i liquami, percolato, digestati e liquidi organici oggetto dell'invenzione.
2.3 Specie di lombrichi utilizzate per la conversione dei lombrichi.
I lombrichi di compostaggio, cio? E. fetida di diverse fasce d'et?, sono stati ottenuti dalla coltura del ceppo Eisenia fetida, anche conosciuto come ?lombrico rosso californiano?, rosso per il colore della pelle, californiano perch? in questo paese avvenne per la prima volta il suo allevamento. Negli esperimenti ? stato utilizzato E.
fetida, un lombrico da compostaggio, grazie al suo potenziale ben consolidato per il vermicompostaggio di materiali organici compostabili come quelli agricoli. ? tra le specie pi? utilizzate per l'allevamento e la produzione di vermicompost, grazie alla sua elevata capacit? riproduttiva e alle sue caratteristiche di scarsa mobilit?.
Le sue caratteristiche principali sono:
- Lunghezza tra circa 5 e 10 cm;
- Diametro di circa 3-5mm;
- Peso circa 1g;
- Corpo suddiviso in segmenti cilindrici con capacit? rigenerativa;
- Su ogni segmento sono presenti 8 setole corte e robuste che contribuiscono alla locomozione dell'animale;
- Produzione di circa 1 g di compost al giorno;
- Fotosensibile: se esposto alla luce solare, muore in pochi minuti, a causa dei raggi UV;
- Respirazione attraverso l'epidermide;
- Vive in ambienti molto umidi (circa 80%);
- Intervallo pH ideale: 6,2 - 7,8;
- Temperatura ideale: circa 20?C (sopravvivono a temperature da 0 a 41?C);
- Et? media: 15-16 anni;
- In condizioni ideali, la popolazione pu? raddoppiare mensilmente.
2.4 Disegno dell'esperimento.
In questa azienda abbiamo utilizzato il percolato di discarica come sostanza odorigena da trattare con i lombrichi; ? stata predisposta una linea con pompa per il ricircolo del percolato attraverso i contenitori con i lombrichi (fig.1).
Questa miscela ? stata caratterizzata mediante analisi chimica prelevando campioni nei seguenti intervalli di tempo: 0, 1, 7, 10, 15, 21, 28 e 35 giorni.
In particolare, i parametri monitorati nel tempo sono stati:
- pH che ? stato determinato secondo APAT CNR-IRSA 2060 con pHmetro (Orion modello 710A).
- CE (Conducibilit? Elettrica) che ? stata determinata secondo Rapporto ISTISAN 31/07 ISS. BDA 022 Rev 00 - metodo interno con misuratore ISE (Orion modello 710A).
- TOC (Total Organic Carbon) determinato secondo il metodo ISPRA 5135 e analisi spettrofotometrica (?=435 nm). Se il campione contiene particelle, il produttore consiglia di diluire il campione prima dell'analisi. Questo metodo prevede le seguenti fasi per la determinazione del TOC: 1) pipettare 1,0 ml di campione nella cuvetta di digestione (LCK 386 30-300 mg/l); 2) inserire la cuvetta di digestione aperta nell'agitatore TOC-X5, spingendola verso il basso fino in fondo. Posizionare il tappo sopra la cuvetta e accendere lo strumento; dopo 5 minuti un segnale acustico segnaler? la fine della fase di agitazione. Tale fase ha la funzione di espellere il carbonio inorganico totale (TIC). 3) quando la preparazione del campione ? completa, aprire la cuvetta blu indicatore e avvitare immediatamente il doppio tappo a membrana (l'etichetta del codice a barre deve puntare verso la cuvetta indicatore). 4) chiudere immediatamente la cuvetta di digestione con la cuvetta indicatore preparata; tenere la combinazione di cuvette in verticale e non agitare. 5) scaldare nel termostato LT 200 (cuvetta indicatore blu verso l'alto) per 2 ore a 100?C: il calore favorisce l'ossidazione del TOC ad anidride carbonica. La CO2 passa attraverso una membrana nella cuvetta indicatore, dove provoca un cambiamento di colore, che viene valutato con uno spettrofotometro (modello Hach Lange DR 2800). Lo strumento fornisce la concentrazione di TOC presente nel campione in mg/l.
- COD (Chemical Oxygen Demand) determinato secondo il metodo ISPRA 5135 e analisi spettrofotometrica (?=448 nm). Questo metodo si basa sul seguente principio: le sostanze ossidabili reagiscono con la soluzione di acido solforico-bicromato di potassio in presenza di solfato d'argento come catalizzatore. Il cloruro ? mascherato dal solfato di mercurio. Viene valutata la riduzione della colorazione gialla del Cr<6+>. Questo metodo prevede le seguenti fasi per la determinazione del COD: 1) portare in sospensione il sedimento capovolgendo alcune volte; 2) pipettare accuratamente 2,0 ml di campione; 3) chiudere la cuvetta (LCK 31415-150 mg/l), pulire accuratamente l'esterno; 4) agitare e scaldare nel termostato LT 200 per 2 ore a 148?C; 5) rimuovere la cuvetta calda e capovolgerla accuratamente due volte; 6) lasciar raffreddare a temperatura ambiente su una grata di raffreddamento; 7) infine, pulire l'esterno della cuvetta e valutare con uno spettrofotometro (modello Hach Lange DR 2800); il sedimento deve essere completamente sedimentato prima di effettuare la valutazione. Lo strumento fornisce la concentrazione di COD presente nel campione in mg/l.
- Ammoniaca (NH3); determinata secondo il metodo APAT CNR-IRSA 4030 A2 e dall'analisi spettrofotometrica (?=420 nm). Secondo il principio del metodo, l'ammoniaca presente nel campione reagisce con una soluzione alcalina di iodo-mercurato di potassio (reattivo di Nessler) per formare un complesso colorato. L'assorbanza di questo complesso viene quindi misurata con lo spettrofotometro. Dopo aver filtrato o centrifugato il campione, prelevare 50 ml di filtrato, aggiungere la soluzione stabilizzante (1 goccia di reattivo EDTA) e mescolare bene; quindi aggiungere 2 ml di reattivo di Nessler e mescolare nuovamente. Prima di procedere con la misurazione attendere circa 15 minuti per il completo sviluppo del colore. Dal valore di assorbanza, corretto per il valore del bianco, determinare la concentrazione di azoto ammoniacale utilizzando la curva di calibrazione. Se ? stata eseguita una diluizione del campione, moltiplicare il risultato ottenuto per il fattore di diluizione.
- Nitrati (NO3-); determinati secondo il metodo APAT CNR-IRSA 4020 e dall'analisi con cromatografo ionico. Questa tecnica si basa sulla separazione degli analiti mediante una colonna a scambio anionico in base alla loro affinit? per la fase stazionaria. Il riconoscimento degli analiti viene effettuato confrontando il tempo di ritenzione dei picchi del campione con il tempo di ritenzione delle soluzioni di riferimento. La concentrazione viene infine determinata confrontando l'area del picco con la curva di calibrazione dell'analita costruita mediante una serie di soluzioni di riferimento a diverse concentrazioni. Per i campioni contenenti particolato sospeso, si consiglia la filtrazione prima dell'iniezione.
3 Risultati e discussione.
3.1 pH.
I campioni di percolato sono stati sottoposti a misurazione del pH con un pHmetro (Orion modello 710A); i risultati ottenuti hanno mostrato una diminuzione del pH (da 8,7 a 7,3) (fig.2)
Il pH durante il set sperimentale ? leggermente diminuito, rimanendo intorno a valori neutri e comunque nell'intervallo ideale di sopravvivenza dei lombrichi; il pH pi? basso registrato nei prodotti finali potrebbe essere dovuto alla produzione di CO2 e acidi organici da parte del metabolismo microbico durante la decomposizione di diversi substrati organici ( 2006).
Osservazioni simili sono state riportate da altri scienziati per il processo di vermicompostaggio. Khwairakpam e Bhargava (2009) hanno riportato una diminuzione del pH durante il vermicompostaggio dei fanghi di depurazione. La differenza di pH delle diverse miscele di rifiuti pu? essere attribuita alla differenza nelle caratteristiche fisico-chimiche dei rifiuti utilizzati nel processo. Ndegwa e Thompson (2000) hanno riportato che lo spostamento dei valori di pH pu? essere dovuto alla mineralizzazione di N e P e alla conversione del materiale organico in un intermedio di acidi organici. Pramanik et al. (2007) hanno postulato che la decomposizione della materia organica porta alla formazione di ammonio (NH4<+>) e acidi umici.
3.2 CE (conducibilit? elettrica).
I campioni di percolato sono stati sottoposti a misura di CE con un misuratore ISE (Orion modello 710A); i risultati ottenuti hanno mostrato un aumento della CE del percolato (da 18 mS a 27 mS) (fig.3).
La conducibilit? elettrica (CE) della soluzione era superiore che nei rifiuti iniziali. La CE riflette la salinit? di qualsiasi materiale ed ? un buon indicatore dell'applicabilit? e dell'utilit? di un compost o vermicompost per scopi agricoli. Questo aumento di CE potrebbe essere dovuto al rilascio di diversi ioni minerali, come fosfato, ammonio, potassio ecc. ( , 2003).
3.3 TOC (carbonio organico totale).
Il TOC ? stato determinato secondo il metodo ISPRA 5135 e analisi spettrofotometrica (?=435 nm); Il TOC durante il set sperimentale ? diminuito notevolmente (da 11980 mg/l a 2160 mg/l) (fig.4).
Questa diminuzione del TOC pu? essere attribuita all'ossidazione del carbonio organico a CO2 attraverso l'interazione tra lombrichi e microrganismi; infatti, l'azione combinata di lombrichi e microrganismi pu? essere responsabile della perdita di TOC dai rifiuti iniziali sotto forma di CO2. Osservazioni simili sono state riportate da Prakash e Karmegam (2010) durante il vermicompostaggio dei rifiuti dell'industria dello zucchero. Kaviraj e Sharma (2003) hanno riportato una riduzione del 20-45% del TOC come CO2 durante il vermicompostaggio dei rifiuti urbani o industriali. Dominguez e Edwards (2004) hanno riportato che i lombrichi frammentano e omogeneizzano il materiale ingerito attraverso l'azione muscolare del loro intestino anteriore e aggiungono anche muco ed enzimi al materiale ingerito e quindi aumentano la superficie per l'azione microbica, mentre i microrganismi eseguono la degradazione biochimica del materiale di scarto fornendo alcuni enzimi extracellulari all'interno dell'intestino del lombrico. Cos? l'azione combinata dei lombrichi e dei microrganismi provoca la perdita di C dai substrati sotto forma di CO2.
3.4 COD (domanda chimica di ossigeno).
Il COD ? stato determinato secondo il metodo ISPRA 5135 e analisi spettrofotometrica (?=448 nm); anche il COD durante il set sperimentale ? diminuito notevolmente (da 29800 mg/l a 6220 mg/l); questa diminuzione del COD ha confermato la diminuzione della sostanza organica presente nel campione (Fig.5).
3.5 Ammoniaca (NH3).
L'ammoniaca ? stata determinata secondo il metodo APAT CNR-IRSA 4030 A2 e l'analisi spettrofotometrica (?=420 nm); l'ammoniaca (NH3) durante il set sperimentale ? diminuita notevolmente (da 410 mg/l a 27 mg/l) (Fig.6).
Questa diminuzione di NH3 pu? essere attribuita al processo di nitrificazione da parte di microrganismi presenti nel suolo; questo risultato supporta ulteriormente l'idea che la presenza di lombrichi possa accelerare il processo di nitrificazione, come confermato da alcuni studi ( 1999; 2011;
, 2009; , 2016). In generale, la pelle e l'intestino dei lombrichi possono espellere le sostanze azotate come muco e urina ( 2000), che ? una delle ragioni del contenuto arricchito in azoto nel sistema di vermicompostaggio. Studi precedenti hanno riportato che il vermicompostaggio pu? arricchire il contenuto di N del vermicompost a causa delle aggiunte di N da parte dei lombrichi sotto forma di muco, enzimi o sostanze escrete azotate (
2004) e come conseguenza della trasformazione dell'azoto mediata dal microbiota del vermicompost attraverso la mineralizzazione della materia organica e la fissazione dell'azoto microbico ( 2004).
3.6 Nitrati (NO3-).
I nitrati sono stati determinati secondo il metodo APAT CNR-IRSA 4020 e l'analisi col cromatografo ionico; durante il set sperimentale sono aumentati (da 216 mg/l a 504 mg/l): questo aumento dei nitrati conferma i processi di nitrificazione dell'ammoniaca da parte dei microrganismi, processo favorito anche dall'interazione con i lombrichi ( 1999; 2011; 2009;
2016) (Fig.7).
4. Conclusione.
I risultati ottenuti in questo studio hanno evidenziato il potenziale dei lombrichi (es. Eisenia fetida) nella degradazione degli scarti vegetali; in particolare, gli esperimenti effettuati sul campione (percolato di discarica) hanno mostrato un aumento della degradazione della sostanza organica e del processo di nitrificazione dell'ammoniaca grazie alla presenza di lombrichi e alla loro interazione con i microrganismi presenti nel suolo. La diminuzione della concentrazione di questi composti (materia organica e ammoniaca) ha conseguentemente portato ad una diminuzione delle emissioni di odori.
Per questo motivo, in futuro, i lombrichi potrebbero essere utilizzati nel settore dello smaltimento dei rifiuti, con riferimento al settore degli scarti vegetali e rappresentano un sistema innovativo per l'eliminazione degli odori derivanti da tale attivit?.
Claims (4)
1. Impianto per il trattamento di percolato che comprende:
- una vasca 1 o vasca di aereazione, eventualmente munita di un sistema di agitazione, di mezzi di alimentazione dei liquidi e di mezzi per lo scarico dei liquidi, detta vasca 1 comprendente il percolato da trattare, che viene poi alimentato alla vasca 2;
- una vasca 2 o vasca di fermentazione e aereazione, eventualmente munita di un sistema di agitazione, di mezzi di alimentazione dei liquidi e di mezzi per lo scarico dei liquidi, detta vasca 2 comprendente il percolato in trattamento in condizioni di fermentazione, detto percolato essendo poi alimentato alla vasca 3;
- una vasca 3 o vasca di fitodepurazione e lombricoltura, eventualmente munita di un sistema di agitazione, di mezzi di alimentazione dei liquidi e di mezzi per lo scarico dei liquidi; detta vasca 3 comprendente il percolato in trattamento, che viene poi alimentato alla vasca 4;
- una vasca 4 o vasca di lombricoltura e maturazione, eventualmente munita di un sistema di agitazione, di mezzi di alimentazione dei liquidi e di mezzi per lo scarico dei liquidi; detta vasca 4 comprendente il percolato in trattamento, che viene poi alimentato ad una lamiera elettrificata 6;
- una vasca 5 o vasca di accumulo, eventualmente munita di un sistema di agitazione, di mezzi di alimentazione dei liquidi, di mezzi di pompaggio e ricircolo dei liquidi e di mezzi per lo scarico dei liquidi; detta vasca 5 comprendente compost maturo ed un?eventuale aliquota di percolato residuo da ricircolare alla vasca 1 per ulteriore trattamento;
- una lamiera elettrificata 6 interposta tra la vasca 4 e la vasca 5 e disposta in leggera pendenza verso detta vasca 5 in modo da ricevere il percolato in trattamento in uscita da detta vasca 4 e direzionarlo verso la vasca 5, detta lamiera elettrificata 6 essendo provvista di connessioni elettriche per il collegamento ad un elettrificatore.
2. Processo per il trattamento del percolato mediante l?impianto della rivendicazione 1 comprendente i seguenti passaggi:
- alimentare nella vasca 1 il percolato da trattare e mantenerlo in condizioni di aereazione, eventualmente con l?ausilio di agitazione;
- al termine del tempo di permanenza nella vasca 1, trasferire il percolato in trattamento dalla vasca 1 alla vasca 2, in detta vasca 2 il percolato in trattamento essendo naturalmente riscaldato per fenomeni di aereazione e fermentazione;
- al termine del tempo di permanenza nella vasca 2, trasferire il compost in trattamento dalla vasca 2 alla vasca 3, detta vasca 3 essendo provvista di un?aliquota di compost maturo addizionato di lombrichi, preferibilmente scelti fra lombrichi Eisenia fetida ed Eisenia andrei, e materiale vegetale per fitodepurazione, preferibilmente canne comuni del genere arundo donax e canne di palude del genere phragmites australis;
- al termine del tempo di permanenza nella vasca 3, trasferire il percolato in trattamento dalla vasca 3 alla vasca 4, detta vasca 4 essendo provvista di un?aliquota di lombrichi;
- al termine del tempo di permanenza nella vasca 3, trasferire il percolato in trattamento dalla vasca 4 ad una lamiera elettrificata e lasciar defluire il percolato residuo lungo la lamiera elettrificata fin nella vasca 5.
3. Processo secondo la rivendicazione precedente in cui il percolato residuo in uscita dalla vasca 5 viene ricircolato alla vasca 1.
4. Processo secondo la rivendicazione precedente in cui il ricircolo viene effettuato pi? volte fino a raggiungere una concentrazione di ammoniaca inferiore o uguale a 30 mg/l nel prodotto in uscita dalla vasca 5.
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