ITNA20130026A1 - Bioreattore modulare a doppia camera, a sviluppo orizzontale, modello he-1 per il compostaggio della forsu e metodologia sequenziale d'uso di macroinvertebrati. - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo Bioreattore modulare a doppia camera, a sviluppo orizzontale, modello HE-1 per il compostaggio della FORSU e metodologia sequenziale d'uso di macroinvertebrati (larve di Hermetia illucens e lombrichi della specie Eisenia foetìda)

II campo cui la presente invenzione appartiene è quello della biostabilizzazione o compostaggio. Il compost, come risaputo, è il risultato della decomposizione e dell'umificazione di un misto di materie organiche (come ad esempio residui di potatura, scarti di cucina, letame, liquame o i rifiuti del giardinaggio come foglie ed erba sfalciata) da parte di macro e microrganismi in condizioni particolari (presenza di ossigeno ed equilibrio tra gli elementi chimici della materia coinvolta nella trasformazione).

Il compostaggio tecnicamente è un processo biologico aerobico e controllato dall'uomo che porta alla produzione di una miscela di sostanze umificate (il compost, appunto) a partire da residui vegetali sia verdi che legnosi, o anche animali, mediante l'azione di batteri e funghi. Le potenzialità offerte dal compost sono numerose: il compostaggio può essere utilizzato, ad esempio, a livello domestico, per la trasformazione in compost di scarti organici, come la cosiddetta frazione umida dei rifiuti solidi urbani. La presenza di eventuali inquinanti nella materia prima (ad esempio residui di metalli pesanti e inerti vari) o microrganismi patogeni per l'agricoltura viene eliminata rispettivamente tramite trattamenti di ulteriore separazione meccanica e trattamenti biologici. Il compost di qualità ottenuto dalla raccolta differenziata dell'organico può venire convenientemente sfruttato per il giardinaggio o per Γ agricoltura, avvantaggiandosi in tal modo di un fertilizzante naturale ed evitando il ricorso a concimi chimici a pieno campo. La possibilità di utilizzare macroinvertebrati compostatori come una biotecnologia nel riciclaggio dei rifiuti è ampiamente acciarata nella letteratura scientifica sull’argomento; il vermicompost è considerato un eccellente prodotto (migliore se paragonato agli ammendanti organici derivati da tecniche di digestione aerobia/anaerobia), dal momento che è omogeneo, è esteticamente accettato, non contiene contaminanti né ormoni della crescita delle piante, ha un più elevato livello degli enzimi del suolo, una popolazione microbica equilibrata e tende a contenere le sostanze nutritive per un periodo più lungo senza avere ripercussioni negative per l'ambiente.

I macroinvertebrati compostatori, mentre ingeriscono rifiuti organici e suolo, consumano metalli pesanti attraverso il loro intestino come pure attraverso la loro pelle, concentrando così i metalli pesanti nel loro corpo. L’ utilizzo di macroinvertebrati compostatori può essere considerata una biotecnologia ecologicamente ed economicamente sostenibile e socialmente accettabile.

II vermicompostaggio come principio nasce dal fatto che i macroinvertebrati durante il processo di alimentazione frammentano il substrato così da aumentarne la superficie per ulteriore colonizzazione microbica.

Durante questo processo, elementi nutritivi importanti come azoto, potassio, fosforo, presenti nella materia prima sono convertiti attraverso un'azione microbica in forme che sono molto più solubili e disponibili per le piante di quelli del substrato originale. I macroinvertebrati compostatori si alimentano voracemente di rifiuti organici e poiché utilizzano solo una piccola parte del substrato per il proprio metabolismo, espellono una grande parte del materiale consumato in forma parzialmente digerita. Poiché l'intestino di tali invertebrati possiede una vasta gamma di microrganismi, enzimi, ormoni, ecc, il materiale eliminato si decompone rapidamente e si trasforma in vermicompost entro breve tempo. L’invertebrato produce concimi organici grazie alla capacità di combinare il materiale organico parzialmente digerito con particelle di terreno. Il prodotto finale è un fertilizzante organico stabilizzato e ben umidificato, con effetti adesivi per il suolo, stimolatore per crescita delle piante e più adatto di altri ammendanti per pratiche agricole e ambientali ecocompatibili.

I cambiamenti biochimici nella degradazione della materia organica sono svolte attraverso la digestione enzimatica, l'arricchimento degli escrementi di azoto, e il trasporto di materiali organici e inorganici. Circa il 5-10% del materiale ingerito viene assorbito dai tessuti per la crescita dei macroinvertebrati compostatori e per il loro metabolismo, mentre il rimanente viene escreto come vermicast. Il vermicast è mescolato con secrezione di muco della parete intestinale, e trasformato in vermicompost grazie ad azione microbica (la decomposizione microbica continua anche dopo il rilascio del cast).

Sono note allo stato della tecnica alcune applicazioni in cui larve di varie tipologie di insetti vengono utilizzate per il trattamento di rifiuti solidi urbani. Nel brevetto statunitense US 5759224 è descritto un “apparato e metodo per il trattamento continuo dei rifiuti a mezzo di larve di mosche”. Il documento citato descrive un impianto composto da un nastro trasportatore, un mezzo per distribuire sul nastro trasportatore i rifiuti triturati in grani di dimensioni pari al massimo al doppio delle dimensioni della bocca di una larva adulta, un mezzo per deporre le larve di mosca sui rifiuti stessi, un mezzo per togliere le larve dai rifiuti al termine del processo di digestione ed un mezzo per rimuovere i rifiuti stessi dal nastro trasportatore. L’invenzione si applica al trattamento di “grosse quantità di rifiuti umidi putrescenti”.

Nel brevetto americano US 6391620 viene descritto un metodo per la bioconversione continua di rifiuti putrescenti la cui caratteristica è che mentre un organismo vivente bioconverte i rifiuti putrescenti nella parte superficiale dell’accumulo di rifiuti, la parte sottostante già bioconvertita viene rimossa a mezzo di un sistema scavatore. Esistono poi allo stato della tecnica alcune applicazioni rivolte al trattamento, a mezzo di larve di Hermetia illucens, di piccoli quantità di rifiuti. Nel brevetto statunitense US 6780637 viene descritto un sistema domestico per il trattamento dei rifiuti, consistente sostanzialmente in un recipiente di raccolta dei rifiuti (liquami o rifiuti umidi) al cui interno c’è una superficie inclinata (tipo rampa) che viene percorsa in salita dalle larve di hermetia illucens che scivolano poi, a mezzo di un apposito condotto, in un recipiente per la raccolta delle larve stesse. Tale impianto consente quindi, a differenza di altri, lo svuotamento non continuo bensì periodico del recipiente, risultando fruibile pertanto soprattutto per utilizzi domestici. Il presente trovato consiste nella realizzazione ed implementazione di un impianto consistente in un bioreattore modulare a doppia camera, a sviluppo orizzontale, modello HE-1 per il compostaggio della FORSU (disegno 1) e di una metodologia di utilizzo sequenziale di macroinvertebiati (larve di Hermetia illucens e lombrichi della specie Eisenia foetida).

Le larve di BSF digeriscono rifiuti sia freschi che putrescenti, qualcosa che i vermi rossi non possono fare, mentre a loro volta i vermi rossi digeriscono i materiali cellulosici più recalcitranti, cosa che le larve non possono fare. Insieme formano un connubio perfetto, recuperando tutti i nutrienti possibili. Ne risulta un materiale dalle ottime caratteristiche chimico-fisiche e microbiologiche, grazie al fatto che i due tipi di macrocompostatori ingeriscono la materia organica e con l’aiuto dei microorganismi del tratto intestinale convertono la matrice di partenza in un materiale con pezzatura più fine, omogeneo e mi-crobiologicamente attivo. L’azione combinata si presenta perciò molto efficace per il trattamento di determinate categorie di rifiuti per le quali non sono note soddisfacenti tecniche di trattamento. Gli animali vengono inseriti in un reattore costituito da due camere con sezione a trapezio rettangolo (angolo del lato obliquo da 35° a 40° in modo da favorire al meglio il flusso delle larve in corso di migrazione), tra loro comunicanti, ma divise da due separatori estraibili: il primo, a parete integra (sez. trasversale con pannello intero nel disegno 2 fig. 1) e il secondo con parete forata (sez. trasv. con pannello forato nel disegno 2 fig. 2).

Il lato obliquo porta una feritoia a tutta lunghezza e a tutto spessore, che consente la comunicazione delle camere con una scatola di raccolta delle larve esterna alle camere stesse (vedi disegno 2 figg. 1 e 2). Sul fondo delle camere di compostaggio è ubicata una lamina forata al di sotto della quale è presente materiale drenante che permette ai liquidi presenti nella FORSU di essere incanalati verso il fondo chiuso ed ermetico, e che porta uno o più fori per l'eliminazione del percolato, e la sua raccolta in appositi contenitori stagni. Sulla parete posteriore, in posizione mediana, due ugelli posti a cavallo dei separatori collegano le due camere ai filtri per l'abbattimento degli odori (vedi sez. long, nel disegno2 fig. 4). Questi sono costituiti da tre unità filtranti poste in sequenza contenenti carboni attivi di granulometria adatta, e materiale fibrocellulosico (vedi sez. long, nel disegno 2 fig. 4). Il bordo superiore, per tutta la sua lunghezza, è ripiegato verso l'intemo e verso il basso, in modo da formare un occhiello che impedisce la fuoriuscita dei macroinvertebrati. Il composter è chiuso da un coperchio che porta due fori di areazione ubicata in prossimità dei due angoli anteriori esterni. I filtri sono collegati ad una pompa di aspirazione dell'aria che crea una corrente dall'interno delle camere verso l'esterno, determinando al tempo stesso il richiamo di aria dai fori di areazione, in modo da creare un flusso continuo in grado di ossigenare gli organismi compostatori ed eliminare gli odori sgradevoli (vedi Pianta nel disegno 2 fig. 3).

Funzionamento delle camere di compostaggio: Le camere si devono attivare in sequenza alternando larve di Hermetia e lombrichi in una camera “starter”, e proseguendo con l'inoculo di hermetia nella successiva. Una volta terminato il ciclo biologico delle larve nella prima camera, queste lascieranno la stessa autonomamente risalendo il lato obliquo della camera e riversandosi all’esterno, dove verranno raccolti in appositi contenitori; si inoculano quindi i lombrichi nella prima camera e si lasciano lavorare per compostare il digestato degli insetti. Nel frattempo si carica la seconda camera e si attende che il ciclo di Hermetia si concluda. A quasto punto, l'attivazione della griglia tra prima e seconda camera consentirà la migrazione autonoma dei lombrichi presenti nella prima camera verso la seconda, e così via. Nella prima camera rimarrà il vermicompost pronto per essere utilizzato o avviato alle fasi di lavorazione successive.

I costi e i tempi che questo processo richiede sono ridotti: in poche settimane si riesce ad ottenere un prodotto umificato di buona qualità, smaltendo ingenti quantità di rifiuti. Non sono altresì necessari interventi tecnologici particolari; si tratta, infatti, di un processo totalmente naturale che avviene a temperatura ambiente senza rivoltamenti e immissioni di aria: i macrocompostatori stessi provvedono a questo. Ne risulta, in definitiva, un trovato utilizzabile soprattutto per il compostaggio domestico e collettivo e quindi veicolo privilegiato per la diffusione ed incentivazione di nuove buone prassi di riutilizzo dei

rifiuti.

Claims (1)

1. Rivendicazioni dell’invenzione avente per titolo: Bioreattore modulare a doppia camera, a sviluppo orizzontale, modello HE-l per il compostaggio della FORSU e metodologia sequenziale d’uso di macroinvertebrati (larve di Hermetia illucens e lombrichi della specie Eisenia foetida). a nome della BIOLOGICAMENTE srl con sede in Napoli alla via Mezzocannone 8 c/o Dipartimento Scienze Biologiche - Università Federico II 1 - Impianto per il biotrattamento di rifiuti organici a mezzo di organismi viventi, comprendente due camere tra loro comunicanti, ma divise da due separatori estraibili. Sul fondo delle camere di compostaggio è posta una lamina forata, al di sotto della quale è presente materiale drenante che permette ai liquidi presenti nella FORSU di essere incanalati verso il fondo chiuso ed ermetico, recante uno o più fori per l'eliminazione del percolato, e la sua raccolta in appositi contenitori stagni. Il bioreattore è altresì dotato di copertura, di pompa di aspirazione dell’aria, di sistemi per l’abbattimento degli odori e per la migrazione e raccolta facilitata delle larve. Il bordo superiore delle camere, per tutta la sua lunghezza, è ripiegato verso l'intemo e verso il basso, in modo da formare un occhiello che impedisce la fuoriuscita dei macroinvertebrati. Il composter è chiuso da un coperchio che porta due fori di areazione ubicata in prossimità dei due angoli anteriori esterni. 2 - Impianto secondo la rivendicazione 1 in cui le due camere hanno sezione a trapezio rettangolo (angolo del lato obliquo da 35° a 40° in modo da favorire al meglio il flusso delle larve in corso di migrazione) e sono tra loro comunicanti, ma divise da due separatori estraibili: il primo, a parete integra e il secondo con parete forata. Il lato obliquo porta una feritoia a tutta lunghezza e a tutto spessore, che consente la comunicazione delle camere con una scatola esterna di raccolta delle larve. 3 - Impianto secondo una delle rivendicazioni da 1 a 2 in cui sulla parete posteriore, in posizione mediana, due ugelli posti a cavallo dei separatori collegano le due camere ai filtri per l'abbattimento degli odori. Questi sono costituiti da tre unità filtranti poste in sequenza contenenti carboni attivi di granulometria adatta, e materiale fibro-cellulosico (vedi Sezione longitudinale nel disegno). I filtri sono collegati ad una pompa di aspirazione dell'aria che crea una corrente dall'interno delle camere verso l'esterno, determinando al tempo stesso il richiamo di aria dai fori di areazione, in modo da creare un flusso continuo in grado di ossigenare gli organismi compostatori ed eliminare gli odori sgradevoli. 4 - Metodo per il biotrattamento basato sull'uso sequenziale di due diversi macroinvertebrati (larve di Hermetia illucens e lombrichi della specie Eisenia foetida). Dopo la prima fase di azione delle larve nella camera starter, queste vengono recuperate nel casseto raccoglitore ove finiscono in seguito alla naturale azione di risalita sul pannello inclinato. Nella stessa camera si inoculano successivamente i lombrichi, che completano l’azione per quanto non consentito alle larve di primo intervento. Mentre i lombrichi operano nella camera iniziale, le larve sono inoculate nella camera due, per iniziare allo stesso tempo la loro opera. Così facendo, nella camera 1, al termine dell’azione dei lombrichi, si otterrà il VERMICOMPOST già pronto per l’utilizzo; intanto, recuperate le larve in risalita nel cassetto della camera due, si consente il passaggio dei lombrichi dalla camera 1 alla 2 grazie all’apertura della griglia forata, in modo tale che essi completino il ciclo di lavorazione. Evidentemente, nel frattempo, si attiva una n-esima fase di bioreazione nella camera 1 con l’ulteriore inoculo di larve.