ITBO20120002A1 - Processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti e dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti. - Google Patents
Processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti e dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti. Download PDFInfo
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Description
Titolo: PROCESSO CHIMICO-FISICO-MECCANICO DI TRASFORMAZIONE DI BIOMASSE ORGANICHE IN FERTILIZZANTI E DISPOSITIVO IDONEO ALLA TRASFORMAZIONE DI BIOMASSE ORGANICHE IN FERTILIZZANTI
D E S C R I Z I O N E
Il presente trovato ha come oggetto un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche (tra le quali anche i fanghi di depurazione) in fertilizzanti ed un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti.
Le attuali e consolidate pratiche agricole rappresentano una seria minaccia all’ambiente in quanto:
a) l’intenso sfruttamento dei terreni agricoli e l’eccessivo apporto chimico, rappresentato dai fertilizzanti di sintesi, provocano una progressiva perdita di fertilità del suolo;
b) l’utilizzo diretto (senza pre-trattamenti) del materiale organico in agricoltura causa dei †̃cattivi odori’ mette a disagio la popolazione rurale;
c) a causa anche delle variazioni climatiche avvenute su scala mondiale, per coprire il proprio fabbisogno idrico l’agricoltura intensiva necessita di una sempre maggiore quantità di acqua (superficiale e sotterranea), con conseguente diminuzione del livello piezometrico negli acquiferi (nel bacino mediterraneo sono stati misurati abbassamenti di 30-40 m) e della portata dei corsi d’acqua;
d) negli ultimi decenni, risulta esponenziale la contaminazione delle risorse idriche da componenti di azoto (parte non utilizzata dalla pianta) e metalli pesanti (quali ad es. Zn, Cu, Pb,..).
Compito principale del presente trovato à ̈ quello di risolvere i problemi sopra esposti, proponendo un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti che presentino un elevato contenuto di sostanza organica.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato à ̈ quello di proporre un processo chimicofisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti idonei alla correzione del valore dell'alcalinità dei terreni.
Un altro scopo del trovato à ̈ quello di proporre un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti che determini un aumento della respirazione del suolo, intesa come aerazione/ossigenazione.
Un altro scopo del trovato à ̈ quello di proporre un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti aventi bassissimo contenuto in metalli pesanti rispetto il prodotto iniziale (confrontare successiva descrizione degli esempi di applicazione).
Un altro scopo del trovato à ̈ quello di proporre un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti che garantisca una drastica diminuzione degli odori.
Un altro scopo del trovato à ̈ quello di proporre un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti di tipo idoneo ad una lenta cessione dell’acqua nelle piante, grazie al processo di disidratazionereidratazione (confrontare successiva descrizione delle zeoliti).
Un altro scopo del trovato à ̈ quello di proporre un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti di facile trasporto ed installazione.
Un altro scopo del trovato à ̈ quello di proporre un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti idoneo all'applicazione in qualsiasi tipo di area di raccolta di biomasse, quali ad esempio i fanghi di depurazione (definiti dal D. Lgs. 99/1992).
Ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti ed un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti di costi contenuti relativamente semplice realizzazione pratica e di sicura applicazione.
Questo compito e questi scopi sono raggiunti da un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti che consiste nel
• eseguire una idrolisi di una predefinita quantità di biomassa organica mediante aggiunta di carbonato di calcio;
• sottoporre a precipitazione mediante aggiunta di un reagente, la predefinita quantità di biomassa organica precedentemente sottoposta ad idrolisi;
• addizionare i prodotti derivanti dalla detta precipitazione con sostanze del tipo della zeolite e simili e miscelarli meccanicamente. Questi scopi sono altresì raggiunti da un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti caratterizzato dal fatto che comprende almeno un contenitore provvisto di almeno un miscelatore interno e disposto su almeno una rispettiva cella di carico per il rilievo della quantità di biomassa organica disposta al suo interno, almeno una linea di trasporto di sostanze pulverulente, del tipo della zeolite, carbonato di calcio e simili, da una rispettiva cisterna di stoccaggio al vano interno a detto almeno un contenitore, almeno un opportuno gruppo di ventilazione, connesso al detto contenitore per l'instaurazione di una costante depressione entro il contenitore stesso durante l'utilizzo, almeno un erogatore di un reagente, rivolto verso l'interno del detto contenitore, reagente afferente da almeno un rispettivo serbatoio attraverso una rispettiva tubazione, tutti i componenti attivi essendo asserviti ad una specifica unità di controllo e gestione ed alimentati per mezzo di un opportuno gruppo di alimentazione elettrica.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti e del dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:
la fig.1 rappresenta, in vista schematica, le fasi del processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti secondo il trovato;
la fig.2 rappresenta, in vista laterale, una prima possibile soluzione realizzativa di un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti secondo il trovato;
la fig.3 rappresenta, in vista da dietro, il dispositivo di figura 2;
la fig.4 rappresenta, in vista dall'alto, il dispositivo di figura 2 in condizioni di funzionamento;
la fig.5 rappresenta, in vista laterale, una prima possibile soluzione realizzativa di un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti secondo il trovato;
la fig.6 rappresenta, in vista da dietro, il dispositivo di figura 5;
la fig.7 rappresenta, in vista dall'alto, il dispositivo di figura 5 in condizioni di funzionamento;
la fig.8 rappresenta, in vista schematica, le fasi di una possibile soluzione realizzativa del processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti secondo il trovato;
la fig.9 rappresenta, in vista schematica, le fasi di una ulteriore possibile soluzione realizzativa del processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse (liquide e/o pompabili 6% - 15% s.s.) organiche in fertilizzanti secondo il trovato;
la fig.10 rappresenta un grafico dell'andamento del residuo nella materia da trattare con il processo secondo il trovato;
la fig.11 rappresenta un grafico dell'andamento del Cadmio residuo nella materia trattata con il processo secondo il trovato;
la fig.12 rappresenta un grafico dell'andamento del Piombo residuo nella materia trattata con il processo secondo il trovato;
la fig.13 rappresenta un grafico dell'andamento del Nichel residuo nella materia trattata con il processo secondo il trovato;
la fig.14 rappresenta un grafico dell'andamento del Rame residuo nella materia trattata con il processo secondo il trovato;
la fig.15 rappresenta un grafico dell'andamento dello Zinco residuo nella materia trattata con il processo secondo il trovato.
Con particolare riferimento a tali figure à ̈ indicato globalmente con 1 un processo chimicofisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti e con 2 un dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse (preferibilmente liquide e/o pompabili 6% - 15% s.s.) organiche in fertilizzanti.
La produzione, tramite un processo chimico-fisicomeccanico, dei correttivi calcico – magnesiaci denominati Gesso di defecazione e Carbonato di calcio di defecazione, a livello nazionale, à ̈ regolata e disciplinata dal D.Lgs. 75/2010.
Le tolleranze dei correttivi calcici e magnesiaci come queste vengono elencate nel allegato 7, del D.Lgs. 75/2010, includono le incertezze di misura associate ai metodi analitici utilizzati e/o di campionamento e corrispondono agli scarti ammissibili del valore dichiarato rispetto a quello riscontrato nell’analisi.
Di seguito una tabella indicante le tolleranze dei correttivi calcici e magnesiaci (D.Lgs. 75/2010; allegato 7, previsto dall’articolo 3, comma 1).
Valori assoluti espressi in percentuali di peso
N. Correttivo Tipo CaO SO3
21 Gesso di Defecazione 0,7 0,5
22 Carbonato di Calcio 0,7 --di Defecazione
Per i correttivi sopra elencati, i tenori massimi consentiti in metalli pesanti espressi in mg/kg e riferiti alla sostanza secca sono elencati nelle seguenti tabelle (D.Lgs. 75/2010; allegato 3, previsto dall’articolo 1, comma 1, lettera b).
Metalli Correttivi (mg/Kg) Piombo 140
Cadmio totale 1,5
Nichel totale 100
Zinco totale 500
Rame totale 230
Mercurio totale 1,5
Cromo esavalente totale 0,5 Correttivo calcico – magnesiaco (D.Lgs. 75/2010; allegato 3, previsto dall’articolo 1, comma 1, lettera b).
N. 21 22
AGesso di defecazione Carbonato di calcio di defecazione
BProdotto ottenuto da Prodotto ottenuto per idrolisi (ed eventuale idrolisi di materiali attacco enzimatico)di biologici mediante materiali biologici calce e successiva mediante calce e precipitazione con successiva anidride carbonica precipitazione mediante
acido solforico
N. 21 22
CCaO : 20% sul secco CaO: 28% sul secco SO3: 15% sul secco
DE’ obbligatorio indicare È obbligatorio
il materiale biologico indicare il materiale idrolizzato (esempio: biologico idrolizzato tessuti animali) (esempio: tessuti animali)
ECaO totale CaO totale
SO3 totale
FE’ consentito dichiarare È consentito dichiarare il carbonio organico di il carbonio organico di origine biologica e la origine biologica e la sua natura (proteica, sua natura (proteica, lipidica, ecc.) nonché lipidica, ecc.) l’azoto totale nonché l’azoto totale Dove:
A corrisponde alla "Denominazione del Tipo";
B corrisponde al "Modo di preparazione e componenti essenziali";
C corrisponde al "Titolo minimo in elementi fertilizzanti (percentuale di peso). Valutazione degli elementi fertilizzanti. Altri requisiti richiesti.";
D corrisponde ad "Altre indicazioni concernenti la denominazione del tipo";
E corrisponde ad "Elementi oppure sostanze il cui titolo deve essere dichiarato. Caratteristiche diverse da dichiarare. Altri requisiti richiesti."; F corrisponde a "Note".
Nell'ambito di tali disposizioni legislative il presente trovato propone un processo 1 di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti che consiste nell'esecuzione di una serie di fasi consecutive.
Una prima fase 3 prevede l'esecuzione di una idrolisi di una predefinita quantità di biomassa organica mediante aggiunta di carbonato di calcio (CaCO3).
Tale processo si basa sulla miscelazione meccanica della materia primaria con carbonato di calcio (CaCO3), sotto forma di polvere fine o granulare, che, a contatto con l’acqua contenuta nel materiale biologico reagisce in maniera esotermica. I risultati di questa reazione sono l’aumento del pH (il pH à ̈ una scala di misura dell'acidità o della basicità di una soluzione) e la produzione finale di idrossido di calcio Ca(OH)2. Inoltre, l’aggiunta di carbonato di calcio (CaCO3) provoca un aumento della sostanza secca, attribuito a reazioni di evaporazione e di idratazione dell’acqua contenuta nel materiale biologico.
Di seguito le formule corrispondenti alle reazioni che si verificano nella prima fase 2.
CaCO3 H2O ==> CaO CO2
Cioà ̈: carbonato di calcio ed acqua reagiscono, dando come prodotti di reazione ossido di calcio e anidride carbonica.
In una seconda fase 4 à ̈ necessario sottoporre a precipitazione mediante aggiunta di un reagente, la predefinita quantità di biomassa organica precedentemente sottoposta ad idrolisi e quindi comprendente i prodotti di reazione precedentemente indicati. Si vedranno di seguito esempio dettagliati di questa seconda fase 4 di precipitazione indicando specificatamente alcuni specifici reagenti.
La terza fase 5 prevede l'addizionamento dei prodotti di reazione, derivanti dalla precipitazione della seconda fase 4, con sostanze del tipo della zeolite e simili, con conseguente miscelazione meccanicamente di tali prodotti con le sostanze introdotte.
Più specificamente, quindi, tramite miscelazione meccanica, nei prodotto di reazione successivi alla seconda fase di precipitazione 4, la fase 5 prevede l’aggiunta della zeolite.
La zeolite à ̈ un tufo vulcanico costituito da silicati ed in particolare da allumino silicati idrati con elevata capacità effettiva di scambio cationico. Il tipo della zeolite aggiunta dipende dalla composizione chimica delle biomasse.
Una definizione accademica delle zeoliti à ̈ attribuibile a Smith: “le zeoliti sono alluminosilicati ad impalcatura tetraedrica tridimensionale contenente cavità occupate da grossi ioni e molecole d’acqua entrambi dotati di elevata mobilità che ne permette lo scambio ionico e la disidratazione reversibile†. Sulla base dei tale definizione à ̈ possibile classificare come zeoliti i composti cristallini naturali (minerali) che presentano i seguenti requisiti:
A) struttura “aperta†con densità tetraedrica (tetraedri per 1000 Å) inferiore a 20 e quindi presenza di cavità collegate da canali o “finestre†delimitate da anelli costituiti da più di sei tetraedri; le impalcature tetraedriche delle zeoliti contengono cavità comunicanti tra loro e con l'esterno tramite finestre (windows) o canali (channels) di dimensione e forma diversa a seconda dei tipi strutturali. Rispetto al volume dell'intero cristallo, il volume degli spazi vuoti (cavità canali) rappresenta dal 20 al 50%; le finestre o canali sono delimitati da anelli ("rings") costituiti da un diverso numero di tetraedri (4, 6, 8, 10, 12) e di apertura con diametro libero variabile ma sempre dell'ordine di grandezza delle molecole ( 2–8 Å).
B)impalcatura tridimensionale di tetraedri occupati per più del 50% da Si e Al.
Le zeoliti hanno formula chimica schematica:
Ma Bb [Al(a+2b)Sin-(a+2b)O2n] x mH2O ove tra parentesi quadre à ̈ il contenuto tetraedrico, il rimanente quello extratetraedrico. La parziale sostituzione di Si4+ con Al3+ provoca un difetto di cariche positive tanto maggiore quanto maggiore à ̈ il grado di sostituzione, dovuta alla presenza nelle cavità e canali di “cationi compensatori†come gli elementi alcalini monovalenti (M, generalmente costituito da: Na, K , Li, Cs,) e/o alcalino terrosi bivalenti (B, generalmente costituito da: Ca, Mg, Sr, Ba, Pb).
Gli "O" sono in numero doppio della somma dei cationi tetraedrici (Si Al).
Negli interstizi extraimpalcatura sono alloggiate anche molecole d'acqua legate per polarità agli ossigeni dell'impalcatura e/o ai cationi compensatori.
Le zeoliti mostrano una preferenza (“selettività †) per certi tipi di cationi, per cui, messe a contatto con una soluzione policationica, estraggono per scambio cationico sopratutto quei cationi che si adattano meglio alla loro specifica struttura, risultandone alla fine, particolarmente arricchite in esse.
I cationi "preferiti", dipendono dalla struttura cristallina della zeolite, ma possiamo dire che, in generale corrispondono a quelli con bassa energia di solvatazione (rapporto carica/raggio ionico) e quindi in grado di liberarsi facilmente della sfera di idratazione, condizione necessaria per poter accedere alle cavità zeolitiche (K, Cs, NH4, Pb, Ba, Sr).
In conseguenza, alle diverse specie zeolitiche corrispondono, comunque, diverse scale di selettività . Per esempio risulta forte l’affinità di phillipsite e clinoptilolite per NH4 e della chabasite per Cs e Pb (Sherman, 1978).
In linea generale, lo scambio cationico porta ad una diminuzione del contenuto in ammoniaca nella soluzione.
C) contenuto extratetredrico rappresentato da cationi e da molecole di H2O. Queste ultime, per polarità si trovano associate agli ossigeni dell'impalcatura e/o ai cationi compensatori.
A causa della loro struttura cristallina e composizione chimica, le zeoliti riscaldate alla temperatura superiore di 300/400<o>C, perdono completamente l'acqua contenuta (10/30% in peso) nelle cavità e canali (la disidratazione à ̈ un fenomeno di tipo endotermico) senza modifiche nell'impalcatura cristallina. La zeolite disidratata, però, una volta riportata alla temperatura e umidità ambientale, riacquista in breve e quasi totalmente il contenuto originale in acqua attratta per polarità all'interno delle cavità e dei canali dai cationi compensatori (la reidratazione à ̈ un fenomeno di tipo esotermico). Il processo di disidratazione-reidratazione à ̈ reversibile praticamente all'infinito e la reidratazione avviene sempre in modo da portare la zeolite ad un grado di idratazione in perfetto equilibrio con il grado di umidità dell'ambiente in cui essa si trova.
Secondo una particolare forma applicativa del processo 1 secondo il trovato l'idrolisi descritta nella fase 2, comprende la miscelazione meccanica della predefinita quantità di biomassa organica con carbonato di calcio (CaCO3), con conseguente aumento del pH e produzione di idrossido di calcio Ca(OH)2. Di seguito le formule corrispondenti alle reazioni che si verificano nella prima fase 2, con particolare riferimento alla forma applicativa appena descritta.
CaO H2O ==> Ca(OH)2
Cioà ̈: ossido di calcio ed acqua reagiscono, dando come prodotto di reazione idrossido di calcio.
Secondo una specifica applicazione del processo 1 secondo il trovato, la fase 4 di sottoposizione a precipitazione può essere ottenuta mediante aggiunta di acido solforico (H2SO4) come reagente. La reazione dell'idrossido di calcio, Ca(OH)2, con l'acido solforico, H2SO4, produce solfato di calcio biidrato, CaSO4·2H2O, denominato comunemente gesso. Di seguito le formule corrispondenti alla reazione di precipitazione prevista nella particolare soluzione applicativa della fase 4 appena descritta.
Ca(OH)2 H2SO4 ==> CaSO4∙+ 2H2O Cioà ̈: idrossido di calcio ed acido solforico reagiscono, dando come prodotto di reazione solfato di calcio biidrato (gesso).
Con particolare riferimento ad una possibile soluzione applicativa del processo 1 secondo il trovato, soluzione alternativa (data da biomassa liquida o pompabile 6% - 15% s.s.) a quella descritta in precedenza, si specifica che la fase 4 di sottoposizione a precipitazione à ̈ ottenuta mediante aggiunta di anidride carbonica come reagente.
La reazione dell'idrossido di calcio con l'anidride carbonica producendo carbonato di calcio.
Di seguito le formule corrispondenti alla reazione di precipitazione prevista nella particolare soluzione applicativa della fase 4 appena descritta.
Ca(OH)2 CO2 ==> CaCO3∙+ H2O
Cioà ̈: idrossido di calcio ed anidride carbonica reagiscono, dando come prodotto di reazione carbonato di calcio ed acqua.
E' opportuno specificare che à ̈ possibile integrare il processo 1 secondo il trovato con una ulteriore fase 6 di additivazione dei prodotti del processo 1 con una sostanza preferibilmente scelta tra marne, zolfo, gesso agricolo, ossido di calcio e simili per la correzione del titolo, inteso come la concentrazione di un componente in una miscela che esprime il rapporto tra la quantità del componente rispetto alla quantità totale di tutti i componenti della miscela.
Il processo 1 secondo il trovato à ̈ preferibilmente applicabile alle biomasse organiche liquide e/o pompabili (6%-15% s.s.), tra le quali, fango di depurazione liquido e/o pompabile (D.Lgs. 99/1992; rifiuti speciali non pericolosi).
Il processo 1 secondo il trovato può essere attuato per mezzo di un dispositivo 2 idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti.
Il dispositivo 2 comprende almeno un contenitore 7, provvisto di almeno un miscelatore interno 8 e disposto su almeno una rispettiva cella di carico 9 per il rilievo della quantità di biomassa organica disposta al suo interno.
Durante tutte le fasi del processo 1, che avvengono all’interno del detto contenitore 7 provvisto del miscelatore 8 (preferibilmente un miscelatore a coclea) si effettua una continua miscelazione del composto.
Il dispositivo 1 comprende inoltre almeno una linea di trasporto 9 di sostanze pulverulente del tipo della zeolite, carbonato di calcio, CaCO3, e simili.
Il trasporto effettuato dalle linee 9 avverrà da una rispettiva cisterna di stoccaggio (10 per il carbonato di calcio e 11 per le Zeoliti) al vano interno all'almeno un contenitore 7.
Il dispositivo 2 comprende inoltre almeno un opportuno gruppo di ventilazione 12, connesso al contenitore 7 per l'instaurazione di una costante depressione entro il contenitore 7 stesso durante l'utilizzo.
La depressione ha lo scopo di ridurre al minimo la quantità di polveri, vapori e gas (in particolare odori) che potrebbero fuoriuscire dal contenitore 7 durante il trattamento delle biomasse organiche.
Il dispositivo comprende infine almeno un erogatore 13 di un reagente, rivolto verso l'interno del contenitore 7.
Il reagente afferisce da almeno un rispettivo serbatoio 14, 15 attraverso una rispettiva tubazione 16.
E' necessario specificare che tutti i componenti attivi descritti sono asserviti ad una specifica unità di controllo e gestione 17 ed alimentati per mezzo di un opportuno gruppo di alimentazione elettrica 18.
Si evidenzia come, da un punto di vista realizzativo, l'almeno un opportuno gruppo di ventilazione 12 possa efficacemente essere connesso ad almeno un rispettivo filtro per l'aria 19 preferibilmente del tipo di uno scrubber ciclonico, denominato anche Torre di Venturi.
Negli scrubber di tipo ciclonico, che hanno la forma rudimentale di un ciclone (separatore di polveri), la corrente gassosa entra con vorticità opposta a quella generata da uno spruzzatore rotante del solvente liquido.
Le particelle liquide atomizzate interagiscono con forte turbolenza con il gas, ed il solvente parzialmente esausto viene centrifugato alle pareti e raccolto sul fondo, mentre il gas lavato fuoriesce dalla sommità del ciclone.
Queste caratteristiche rendono i cicloni scrubber o adatti alla depolverazione e purificazione delle emissioni odorigene.
Il dispositivo 2 secondo il trovato comprende almeno una vasca di raccolta 23, posta a valle del filtro per l'aria 19, per le particelle separate dall'aria nel filtro 19 stesso.
Al fine di ottimizzarne il funzionamento e di poter opportunamente sanificare le biomasse in lavorazione, il dispositivo 2 può comprendere un erogatore ausiliario connesso ad un rispettivo recipiente di stoccaggio di acqua ossigenata, per la nebulizzazione di acqua ossigenata all'interno del contenitore 7.
Nell’eventualità che nelle biomasse siano presenti i clostridi, à ̈ infatti preferibile prevedere il trattamento con H2O2 (acqua ossigenata nebulizzata). Il genere Clostridium comprende bacilli anaerobi obbligati, gram-positivi, in grado di formare spore se le condizioni ambientali sono avverse.
Sono organismi ubiquitari, à ̈ cioà ̈ possibile isolarli nel suolo, in acqua, negli scarichi fognari, e costituiscono la normale flora batterica del tratto gastrointestinale degli animali e dell'uomo. Alcune specie sono patogene per la produzione di tossine, tra queste vi sono gli agenti eziologici del tetano, del botulismo e della gangrena gassosa.
Sono privi di citocromi e hanno sia catalasi che perossidasi negative (cioà ̈ non possiedono questi enzimi); infatti, in presenza di acqua ossigenata muoiono per via dell'ossigeno che si libera, in quanto incapaci di decomporre la molecola in acqua e ossigeno. Questa caratteristica viene sfruttata per disinfettare le parti infette colpite da Clostridium.
Essendo anaerobi, se coltivati in ambienti a basso potere redox, cioà ̈ con scarsa concentrazione di ossigeno, sono estremamente attivi dal punto di vista fermentativo, attaccando sostanze organiche (carboidrati ed aminoacidi) con produzione di alcooli, acido acetico, acido butirrico, acido succinico e gas come l'anidride carbonica, idrogeno e acido solfidrico con conseguente formazione di odori e sapori sgradevoli, fino ad arrivare al fenomeno della putrefazione. Per tali ragioni à ̈ opportuno abbatterne la concentrazione.
E' opportuno specificare che il contenitore 7 comprende almeno una apertura, disposta sulla sua superficie di base, per lo scarico del prodotto finale su rispettivi organi di raccolta e/o convogliamento 20.
Il contenitore 7 può inoltre comprendere almeno un rispettivo coperchio di chiusura 21 della sua bocca superiore 22, per l'isolamento del suo vano interno dall'ambiente esterno durante la lavorazione delle biomasse, impedendo la fuoriuscita di polveri, sostanze gassose, vapori e simili.
Si specifica inoltre che almeno un rispettivo serbatoio 14 e 15 contenente il reagente à ̈ di tipo preferibilmente scelto tra almeno una cisterna 14, con particolare riferimento al caso di utilizzo di acido solforico, H2SO4, come reagente, almeno una bombola 15, con particolare riferimento al caso di utilizzo di anidride carbonica, CO2, come reagente, e simili.
Il dispositivo 2 di trattamento potrà preferibilmente essere collocato sopra ad un semirimorchio di un bilico (avente indicativamente lunghezza pari a 13,600 m, larghezza pari a 2,550 m e altezza pari a 2,500 m). Tale dispositivo 2, sarà trainato da una motrice 23 per effettuare gli eventuali spostamenti.
Il dispositivo 2 nella configurazione realizzativa di particolare interesse pratico sarà composto da: a1)nel caso di dispositivo 1 dedicato alla produzione di gesso di defecazione (CaSO4·2H2O), due contenitori 7 di carico, in acciaio, dotati ognuno di due miscelatori 8 (vite senza fine) in acciaio, all’interno delle quali verrà effettuato tutto il processo, secondo delle modalità precedentemente descritte. Le dimensioni dei due contenitori 7 possono preferibilmente essere le seguenti: lunghezza 3,000 m, larghezza 1,306 m ed altezza 1,250 m. Inoltre, i contenitori 7 saranno dotati di coperchio 21 apribile per il carico delle biomasse e per evitare fuoriuscite di eventuali polveri e/o odori in atmosfera.
a2)nel caso di dispositivo 1 dedicato alla produzione di carbonato di calcio di defecazione (CaCO3),due contenitori 7, a forma cilindrica, in acciaio dotati ognuno di un miscelatori 12 in acciaio all’interno delle quali verrà effettuato tutto il processo, secondo delle modalità precedentemente descritte. Le dimensioni dei due contenitori 7 possono preferibilmente essere le seguenti: capacità 4000 litri, diametro 2,026 m, altezza 1,250 m. Inoltre, i contenitori 7 sono provviste di una condotta, con attacco rapido, di carico della biomassa e condotta di scarico, con attacco rapido, del correttivo liquido.
b)sotto i due contenitori 7 di acciaio sono presenti due celle di carico 9 per la pesatura del materiale in ingresso (biomasse).
Tale materiale, nel caso precedentemente definito a1), sarà caricato tramite mezzi su gomma provvisti di una pala per la movimentazione delle biomasse. Nel caso precedentemente definito a2) il materiale afferirà all'interno del contenitore 7 attraverso la condotta, con attacco rapido, di carico della biomassa.
c)ogni vano interno di ciascun contenitore 7 Ã ̈ dotato di un sistema ventilazione 12 di tipo ciclonico di portata dell'ordine di 2 metri cubi all'ora, per mantenere in leggera depressione il vano al fine di evitare eventuali fuoriuscite di polveri e/o odori.
d1)con particolare riferimento alla soluzione realizzativa precedentemente definita a1), nei contenitori 7, sotto le cerniere dei coperchi 21, à ̈ previsto un tubo di acciaio con ugelli 13 per l’inserimento di acido solforico, H2SO4, contenuto in quattro serbatoi 14 in polietilene (due per ogni reattore) ognuno avente preferibilmente una capacità di 1000 litri ed altezza 1,160 m (prodotto già ampiamente commercializzato per l’industria chimica).
d2)in alternativa, con particolare riferimento alla soluzione realizzativa precedentemente definita a2), nei contenitori 7 à ̈ previsto un tubo di acciaio con ugelli 13 per l’inserimento dell’anidride carbonica, contenuta in bombole 15 a doppia camera di sicurezza (prodotto già ampiamente commercializzato per l’industria chimica).
e) per ogni contenitore 7, sono previste due cisterne di stoccaggio 10 ed 11 metalliche esterne collegate al contenitore 7 stesso tramite coclee 9 per il carico delle sostanze reattive polverulente descritte in precedenza (carbonato di calcio, contenuto nelle cisterne 10 e Zeoliti contenute nelle cisterne 11).
f)i due gruppi di ventilazione 12 sono collegati ad un filtro centrale d’aria 19 tipo scrubber ciclonico.
g)almeno una vasca di raccolta 23 delle particelle di acqua, uscite dal filtro d’aria 19; la vasca 23 avrà preferibilmente una capacita di 1000 litri ed un'altezza di 1,600 m. L’acqua nella vasca 23 sarà monitorata tramite l’uso di un pHmetro (misuratore di pH di tipo noto) e verrà periodicamente smaltita presso impianti di depurazione autorizzati.
h) un generatore di potenza, sostanzialmente in grado di fornire 100 Kw (preferibilmente un generatore di tipo noto, già commercializzato, a basso impatto ambientale) e di altezza 1,400 m, idoneo al mantenimento in funzione dell'intero dispositivo 1.
i)il dispositivo 1 sarà gestito da un'unità di controllo e gestione 17, generalmente costituita da un PLC provvisto di un quadro di comando, disposto sul rimorchio 23 del camion di installazione. l)impiantistica accessoria: nel caso di necessità à ̈ prevista l’installazione di un tubo di acciaio con ugelli per l’inserimento tramite nebulizzazione di acqua ossigenata, contenuta in quattro vasche in polietilene (due per ogni reattore) ognuna di capacità di 1000 litri ed altezza 1,160 m (prodotti già ampiamente commercializzato per l’industria chimica).
m)sul fondo di ogni contenitore à ̈ prevista un'apertura per lo scarico del materiale su nastri trasportatori 20 in cassoni carrellabili.
Il presente trovato, visto che il trattamento potrà essere realizzato tramite un dispositivo 2 mobile (installato sul rimorchio 24 di un camion), opportunamente ubicato presso impianti di depurazione e/o stoccaggio autorizzati, non necessiterà di essere sottoposto alle procedure di via (così come previsto nel D.Lgs 9/99).
Il bacino di utenza può comprendere quindi tutto il territorio nazionale (senza escludere l'applicazione in altri Paesi secondo forme realizzative conformi alle vigenti normative), includendo potenzialmente tutti gli impianti di depurazione e/o stoccaggio autorizzati.
Le infrastrutture accessorie del dispositivo 2 mobile saranno:
• una recinzione dell’area operativa, per consentire l’accesso solo al personale addetto al servizio, in particolare a mezzi su gomma provvisti di pale di movimentazione dei fanghi, • un apparato antincendio,
• eventuali ulteriori dispositivi di sicurezza previsti dalle normative vigenti.
La viabilità di accesso al dispositivo 2 mobile sarà quella già in uso dagli impianti di depurazione e/o stoccaggio autorizzati.
Le interazioni del dispositivo 2 mobile, con l’ambiente circostante saranno limitate.
Durante le fasi di trasformazione, si potrebbero verificare piccole emissioni in atmosfera di gas, polveri ed odori.
La quantità potenziale di sostanze pericolose, però, non sarà mai tale da generare rischio di incidente rilevante ai sensi del D.Lgs. 334/99.
In particolare, il dispositivo 1 di trattamento mobile sarà dotato di:
• un’apparecchiatura per l’abbattimento di eventuali polveri, odori ed emissioni in atmosfera, così come disciplinato dal D.lgs.
152/2006, parte quinta, tramite l’utilizzo di un filtro (torre di lavaggio); inoltre, gli odori come precedentemente descritto saranno abbattuti anche con l’utilizzo di matrice minerale (zeolite);
• un gruppo di ventilazione 12 che manterrà leggermente in depressione il contenitore 7 di trasformazione chimico-meccanico.
Inoltre, il dispositivo 1 mobile sarà preferibilmente collocato in un piazzale cementato e dotato di fognature, come previsto dall’autorizzazione dell’impianto di depurazione o stoccaggio, ai fini di evitare infiltrazioni di acque nere nel sottosuolo.
In particolare, il complesso industriale mobile (inteso come il dispositivo 1 e le infrastrutture ad esso connesse) non risulta caratterizzato dalla presenza reale o potenziale di sostanze pericolose in quantità tali da ingenerare rischio di incidente rilevante ai sensi del D.Lgs. 334/99.
I principali vantaggi dei fertilizzanti ottenuti attraverso il processo 1 secondo il trovato sono i seguenti:
-elevato contenuto di sostanza organica;
-correzione dell’alcalinità dei terreni;
-aumento della respirazione del suolo; -bassissimo contenuto in metalli pesanti rispetto il prodotto iniziale;
-drastica diminuzione degli odori (in relazione all'utilizzo di zeoliti);
-lenta cessione dell’acqua nelle piante, grazie al processo di disidratazione-reidratazione (in relazione all'utilizzo di zeoliti).
Esempio di applicazione del trovato.
• Materiale di origine: fango di depurazione biologico (D.Lgs. 99/1992).
• Zeolite: adozione di PHIL 75 [zeolites (phillipsite, chabazite, alcaline)≥ 50%]; che ha le seguenti caratteristiche
a) la composizione mineralogica viene riportata nella tabella seguente:
Sment bioti feldsp calci piros cabasi philli analci Altro ite te ato te seno te psite me
11±1 01±1 23±1 02±1 05±1 22±2 12±3 02±1 21 b) la capacità effettiva di scambio cationico (acronimo italiano CSC, anglosassone CEC) à ̈ pari a 1,5 meq/g.
• Caratteristiche chimiche del fango.
Il materiale biologico di origine (fango di depurazione) presenta pH neutro (6.9), residuo secco pari a 14.5% s.s.. Per quanto riguarda in contenuto in metalli pesanti si osserva un’elevata concentrazione soprattutto in rame e zinco; senza superare però i valori di riferimento, come questi vengono stabiliti nel D.Lgs. 75/2010 allegato 3, relativo ai correttivi.
Il carbonio organico totale à ̈ di 33.6 g/100g s.s. l’azoto 5.7 ed il fosforo 2.5 g/100g s.s.
• Sostanze aerodisperse.
Dai risultati analitici delle sostanze aerodisperse nell’aria si osserva la presenza di ammoniaca (come NH3) con valore pari a 2,6 mg/m<3>; mentre risultano assenti l’acido solfidrico, mercaptani e metano.
Parametro Unità di risultato metodo misura
Acidomg/m<3 < 0,2 NIOSH 6013:1994>solfidrico
(come H2S)
Ammoniacamg/m<3 2,6 NIOSH>
(come NH3) 6016:1994+UNICHM M.U. 632:1994 Mercaptanimg/m<3 < 0,2 NIOSH 2542:1994>(come CH3SH)
Metano (comemg/m<3 < 0,1 EPA 3C:2000>
CH4)
• Risultati
Durante le prove di trasformazione si à ̈ osservato un aumento residuo secco che dai 14.5% s.s. si stabilizza ai 35-40% s.s. (l'andamento di tali parametri à ̈ riscontrabile nella figura 10).
Nel diagramma riportato in figura 10, "0" rappresenta il fango di depurazione biologico iniziale; le lettere A, B, …, K rappresentano i †̃test’ di trasformazione effettuati nel campione 0. Come si può osservare nei diagrammi riportati nelle figure 11, 12, 13, 14 e 15, à ̈ riscontrabile una drastica diminuzione delle concentrazioni dei metalli pesanti. In particolare, il rame dai 329 mg/Kg s.s. nel fango iniziale scende a 50 mg/Kg s.s.. Simile andamento ad esso, presentano anche gli altri elementi.
Il contenuto di ossido di calcio (CaO) Ã ̈ superiore al 23% s.s. ed di anidride solforica maggiore di 16% s.s.
Per quanto riguarda le sostanze aerodisperse nell’aria, dai risultati analitici si osserva, dopo la trasformazione, una diminuzione superiore del 90% dell’ammoniaca ( come NH3).
Parametro Unità di risultato metodo
misura
Acidomg/m<3 < 0,2 NIOSH 6013:1994>solfidrico
(come H2S)
Ammoniacamg/m<3 0,2 NIOSH>
(come NH3) 6016:1994+UNICHM M.U. 632:1994 Mercaptanimg/m<3 < 0,2 NIOSH 2542:1994>(come CH3SH)
Metano (comemg/m<3 < 0,1 EPA 3C:2000>CH4)
Proficuamente il presente trovato risolvere i problemi precedentemente esposti in relazione all'arte nota del settore, proponendo un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti che presentano un elevato contenuto di sostanza organica.
Vantaggiosamente il presente trovato propone un processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione 1 di biomasse organiche in fertilizzanti che risultano essere idonei alla correzione del valore dell'alcalinità dei terreni.
Utilmente il processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione 1 di biomasse organiche in fertilizzanti, determina la produzione di fertilizzanti che determinano un aumento della respirazione del suolo, intesa come aerazione/ossigenazione.
Positivamente il processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione 1 di biomasse organiche in fertilizzanti, determina la produzione di fertilizzanti aventi bassissimo contenuto in metalli pesanti rispetto il prodotto iniziale.
Efficacemente il processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione 1 di biomasse organiche in fertilizzanti garantisce una drastica diminuzione degli odori diffusi durante il trattamento ed anche dai fertilizzanti prodotti.
Convenientemente il processo chimico-fisicomeccanico di trasformazione 1 di biomasse organiche in fertilizzanti, determina la produzione di fertilizzanti di tipo idoneo ad una lenta cessione dell’acqua nelle piante, grazie al processo di disidratazione-reidratazione.
Favorevolmente il dispositivo 1 secondo il trovato à ̈ di facile trasporto ed installazione.
Efficientemente il dispositivo 1 secondo il trovato à ̈ idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti in qualsiasi tipo di area di raccolta di biomasse, biomasse quali ad esempio i fanghi di depurazione (definiti dal D. Lgs.
99/1992).
Il trovato, così concepito, à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
Negli esempi di realizzazione illustrati singole caratteristiche, riportate in relazione a specifici esempi, potranno essere in realtà intercambiate con altre diverse caratteristiche, esistenti in altri esempi di realizzazione.
In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.
Claims (12)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1. Processo chimico-fisico-meccanico di trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti che consiste nel • eseguire una idrolisi di una predefinita quantità di biomassa organica mediante aggiunta di carbonato di calcio; • sottoporre a precipitazione mediante aggiunta di un reagente, la predefinita quantità di biomassa organica precedentemente sottoposta ad idrolisi; • addizionare i prodotti derivanti dalla detta precipitazione con sostanze del tipo della zeolite e simili e miscelarli meccanicamente.
- 2. Processo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta idrolisi comprende la miscelazione meccanica della predefinita quantità di biomassa organica con carbonato di calcio, con conseguente aumento del pH e produzione di idrossido di calcio.
- 3. Processo, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che la detta fase di sottoposizione a precipitazione à ̈ ottenuta mediante aggiunta di acido solforico come reagente, la reazione dell'idrossido di calcio con l'acido solforico producendo solfato di calcio biidrato, denominato comunemente gesso.
- 4. Processo, secondo la rivendicazione 1 ed in alternativa alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la detta fase di sottoposizione a precipitazione à ̈ ottenuta mediante aggiunta di anidride carbonica come reagente, la reazione dell'idrossido di calcio con l'anidride carbonica producendo carbonato di calcio.
- 5. Processo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una additivazione ulteriore dei prodotti del processo con una sostanza preferibilmente scelta tra marne, zolfo, gesso agricolo, ossido di calcio e simili per la correzione del titolo, inteso come la concentrazione di un componente in una miscela che esprime il rapporto tra la quantità del componente rispetto alla quantità totale di tutti i componenti della miscela.
- 6. Dispositivo idoneo alla trasformazione di biomasse organiche in fertilizzanti caratterizzato dal fatto che comprende almeno un contenitore (7) provvisto di almeno un miscelatore interno (8) e disposto su almeno una rispettiva cella di carico (9) per il rilievo della quantità di biomassa organica disposta al suo interno, almeno una linea di trasporto (9) di sostanze pulverulente, del tipo della zeolite, carbonato di calcio e simili, da una rispettiva cisterna di stoccaggio (10, 11) al vano interno a detto almeno un contenitore (7), almeno un opportuno gruppo di ventilazione (12), connesso al detto contenitore (7) per l'instaurazione di una costante depressione entro il contenitore (7) stesso durante l'utilizzo, almeno un erogatore di un reagente (13), rivolto verso l'interno del detto contenitore (7), reagente afferente da almeno un rispettivo serbatoio (14, 15) attraverso una rispettiva tubazione (16), tutti i componenti attivi essendo asserviti ad una specifica unità di controllo e gestione (17) ed alimentati per mezzo di un opportuno gruppo di alimentazione elettrica (18).
- 7. Dispositivo, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che l'almeno un opportuno gruppo di ventilazione (12) Ã ̈ connesso ad almeno un rispettivo filtro per l'aria (19) preferibilmente del tipo di uno scrubber ciclonico, denominato anche Torre di Venturi.
- 8. Dispositivo, secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una vasca di raccolta (23), a valle del detto filtro per l'aria (19), per le particelle separate dall'aria nel detto filtro (12).
- 9. Dispositivo, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che comprende un erogatore ausiliario connesso ad un rispettivo recipiente di stoccaggio di acqua ossigenata, per la nebulizzazione di acqua ossigenata all'interno del detto contenitore (7).
- 10. Dispositivo, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto contenitore (7) comprende almeno una apertura, disposta sulla sua superficie di base, per lo scarico del prodotto finale su rispettivi organi di raccolta e/o convogliamento (20).
- 11. Dispositivo, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto contenitore (7) comprende almeno un rispettivo coperchio di chiusura (21) della sua bocca superiore (22) per l'isolamento del suo vano interno dall'ambiente esterno durante la lavorazione delle biomasse, impedendo la fuoriuscita di polveri, sostanze gassose, vapori e simili.
- 12. Dispositivo, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che almeno un rispettivo serbatoio (14, 15) contenente detto reagente à ̈ di tipo preferibilmente scelto tra almeno una cisterna, con particolare riferimento al caso di utilizzo di acido solforico come reagente, almeno una bombola, con particolare riferimento al caso di utilizzo di anidride carbonica come reagente, e simili.
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