Utilizzo di Ambisystem in un impianto di compostaggio. 

Con il termine compostaggio viene definito il processo di maturazione biologica controllata, in ambiente aerobico, della sostanza organica dei residui animali e vegetali, attraverso il quale si ha produzione di materiali a catena molecolare più semplice, più stabili, igienizzati, ricchi di composti umidi, utili in definitiva, alla concimazione delle colture agrarie e al ripristino della sostanza organica dei suoli. Il processo avviene per opera di diversi ceppi di microrganismi operanti in ambiente aerobico: batteri, funghi, attinomiceti, alghe e protozoi, presenti naturalmente nelle biomasse organiche o artificialmente apportati con l’eventuale materiale di inoculo.

Il processo può essere sinteticamente descritto con la seguente reazione:

materiale organico + O₂ > compost + CO₂ + H₂O + NO₃- + SO₄- + calore

Il termine compostaggio viene comunemente usato, seppure impropriamente, per il processo di stabilizzazione aerobica del materiale organico ottenuto dai rifiuti solidi urbani (RSU) a raccolta indifferenziata, dopo selezione meccanica: le macchine e gli impianti sono essenzialmente gli stessi, ma varia l’impostazione progettuale e soprattutto la qualità del materiale ottenuto. Infatti il materiale organico da raccolta indifferenziata resta destinato alla discarica; il ruolo del trattamento aerobico è solo riconducibile alla stabilizzazione della sostanza organica con due obiettivi:

• ridurre, dopo lo smaltimento in discarica, i processi fermentativi anaerobiotici che creano problemi di emissioni maleodoranti;
  

• ridurre i volumi dei rifiuti da conferire in discarica.

I materiali compostabili devono avere caratteristiche biochimiche tali da garantire una regolare attuazione del processo; in particolare devono essere facilmente degradabili dai microrganismi tanto da garantire un sufficiente nutrimento di questi ed un corretto processo. Tali materiali sono:

• scarti vegetali;

• rifiuti ad elevato contenuto di sostanza organica biodegradabile derivanti da attività produttive, commerciali e di servizio;

• frazioni organiche provenienti da utenze domestiche;

• fanghi di depurazione urbani e agro-alimentari;

• deiezioni zootecniche.

I microrganismi coinvolti nel processo di compostaggio sono molti e si alternano sinergicamente nelle varie fasi; un utile esempio è quello dei microrganismi secernenti amminoacidi e vitamine, essenziali per la vita di altri ceppi microbici.

I diversi microrganismi operano a regimi termici definiti e la loro attività è influenzata dalle temperature di processo, tanto da poterli distinguere in tre classi: psicrofili, mesofili, termofili.

Durante il processo di compostaggio le popolazioni microbiche attive variano a seguito della variazione della temperatura della biomassa : nelle prime fasi del processo, che comportano una rapida metabolizzazione dei composti carboniosi più semplici, operano inizialmente i microrganismi psicrofili e mesofili. Successivamente, a causa dell’innalzamento della temperatura, conseguente ad una intensa attività metabolica, si ha una forte selezione tra le popolazioni batteriche a vantaggio delle specie termofile, che lavorano in condizioni ottimali ad una temperatura compresa nell’intervallo 50÷65 °C. Se la temperatura supera il limite massimo di 90°C, l’attività microbica diminuisce progressivamente, finché la maggior parte dei microrganismi che si trovano nella matrice organica muore e il processo di compostaggio si arresta.

I microrganismi si distinguono in microrganismi aerobici e microrganismi anaerobici. Il compostaggio è per definizione un processo aerobico caratterizzato dalla presenza di soli microrganismi aerobici. Talvolta invece, ed anche quando le condizioni operative di processo appaiono ottimali, nella biomassa si formano delle zone (“sacche”) nelle quali la scarsità di ossigeno conduce all'innesco di fermentazioni anaerobiche. I prodotti gassosi di queste fermentazioni, fra cui metano e acido butirrico, formano miscele dal caratteristico odore sgradevole. E' importante che questi fenomeni siano di entità controllata, affinché la qualità del prodotto non sia compromessa dal prevalere di processi anaerobici.

Le fasi del processo di compostaggio

Le fasi di trasformazione subite dalla sostanza organica nel processo di compostaggio sono tre:

• igienizzazione,

• decomposizione o destrutturazione tramite biossidazione,

• maturazione.

La prima fase denominata igienizzazione è limitata nel tempo e deve garantire una temperatura superiore ai 55°C per almeno 120 ore continuative; la seconda fase del processo biossidazione, termina con il declino delle fermentazioni termofile ed il raggiungimento dei parametri di IR ≤1000; la terza fase, denominata maturazione, è caratterizzata da un processo mesofilo prolungato. L’obiettivo principale del processo di compostaggio è quello di ottenere un prodotto stabilizzato, intendendo con questo aggettivo il raggiungimento della sua maturità sia biologica che agronomica, che garantisca l’assenza di agenti fitotossici.

Per le due fasi cardine del processo (biossidazione e maturazione) verranno considerati e analizzati i parametri che permettono di seguire l’evoluzione del processo ed il controllo dei quali è un obiettivo primario della conduzione di questo.


Decomposizione della sostanza organica (biossidazione)

Il processo di compostaggio inizia subito con la destrutturazione della frazione organica più facilmente degradabile (carboidrati ed emicellulose: zuccheri, acidi organici, amminoacidi) ad opera dei microrganismi aerobici, con consumo di ossigeno e liberazione di biossido di carbonio e calore. La temperatura dei cumuli, grazie all’energia generata dalle reazioni di ossidazione catalizzate dai microrganismi, aumenta progressivamente fino al raggiungimento del regime termofilo. Questa fase è nota come high rate fase e dura in genere tre settimane (i tempi possono variare a causa delle caratteristiche del substrato e della tecnica adottata). Il più rapido incremento della temperatura, fino a 55-60 °C, si ravvisa nelle 24-48 ore successive all’allestimento del cumulo. Il calore deve essere adeguatamente dissipato perché un ulteriore aumento di temperatura potrebbe portare alla inattivazione della maggior parte dei microrganismi.

La fase termofila ha anche grande importanza perché porta alla devitalizzazione dei semi delle piante infestanti eventualmente presenti nelle matrici di partenza.
Perché l’attività della popolazione microbica aerobica non venga compromessa è indispensabile controllare la temperatura e mantenere costante l’apporto di ossigeno alla biomassa; a questo scopo possono essere impiegate due tecniche, singolarmente o congiuntamente: il rivoltamento dei cumuli e l’aerazione forzata degli stessi.

Parametri e indici dell'evoluzione del processo

I microrganismi hanno un ruolo fondamentale nella decomposizione della sostanza organica e vi è una relazione diretta tra la loro attività e l’evoluzione del processo di compostaggio. L’andamento e la velocità del processo sono, cioè, strettamente dipendenti dai fattori che influenzano le condizioni ottimali per la vita dei microrganismi operanti nelle diverse fasi del processo.

I principali parametri che influenzano le condizioni di vita dei microrganismi e che quindi vengono normalmente controllati per verificare il corretto andamento del processo sono:

• la porosità del substrato;

• l’umidità del materiale;

• il tenore di ossigeno;

• la temperatura.

Temperatura

La temperatura è non solo il miglior indicatore del corretto avanzamento del processo di compostaggio, ma anche quello più facilmente monitorabile. Come già accennato, nel processo di compostaggio si distinguono dal punto di vista termico due fasi: quella termofila (tra 55-65 °C), che permette l’igienizzazione del prodotto e la inattivazione dei semi di erbe infestanti che potrebbero essere presenti nei cumuli, e quella mesofila (35-45 °C) nella quale avviene la destrutturazione delle sostanze più difficilmente biodegradabili.
Va evidenziato che nella fase termofili le temperature potrebbero innalzarsi oltre i 70°C, ma ciò causerebbe un’alta mortalità dei microrganismi e comprometterebbe l’efficienza del processo.

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