IT201600100382A1 - Processo e impianto per la biostabilizzazione ossidativa di fanghi di depurazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

TITOLO

PROCESSO E IMPIANTO PER LA BIOSTABILIZZAZIONE OSSIDATIVA DI

FANGHI DI DEPURAZIONE

S<ETTORE DELL>’<INVENZIONE>

La presente invenzione riguarda un processo ed un impianto per la valorizzazione dei rifiuti organici solidi (ROS).

Più in particolare l’invenzione riguarda un processo ed un impianto per il trattamento dei sottoprodotti e scarti dell’industria agroalimentare, dei fanghi risultanti dai processi di depurazione delle acque reflue urbane e industriali con elevato contenuto di materiale organico e della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU).

S<TATO DELL>’<ARTE>

I ROS vengono prodotti sia da attività civili (mense, mercati ortofrutticoli, attività domestiche, ecc.) che da attività produttive (agricoltura, allevamenti, industria alimentare, depuratori di acque reflue, ecc.).

I ROS generalmente e convenzionalmente sono conferiti in discarica, rilasciando emissioni climalteranti (metano e anidride carbonica), maleodoranze, e inquinanti in atmosfera. Inoltre, i ROS generano percolato che spesso causa contaminazione del suolo, sottosuolo e delle acque sotterranee. Ciò è dovuto al fatto che i ROS tendono spontaneamente ad avviare processi di fermentazione sia aerobica che anaerobica. La fermentazione dei ROS genera cattivi odori, emissione di inquinanti, produzione di percolato e la proliferazione di agenti patogeni che costituiscono una minaccia per la salute dell'uomo.

I ROS sono generalmente molto problematici da trattare in quanto contengono grandi quantità di umidità (>80%) e spesso sono mescolati ad altri rifiuti.

I trattamenti più comuni convenzionalmente noti sono l'incenerimento, il compostaggio aerobico per la produzione di ammendante organico ed il compostaggio anaerobico per la produzione di biometano. L'incenerimento (molto utilizzato nei paesi sviluppati) comporta grossi costi di investimento, costi energetici per la deidratazione e impatti ambientali importanti sia in termini di emissioni di biossido di carbonio che di inquinanti (come particolato ultra-sottile, metalli pesanti e POPs, Persistent Organic Pollutants).

Il compostaggio aerobico e la biometanizzazione sono pratiche sempre più diffuse, ma che comportano costi notevoli. Nel caso del compostaggio aerobico si ottiene un'ammendante organico biostabilizzato molto utile in agricoltura, ma di scarso valore commerciale. Nel caso della biometanizzazione si ottiene un ottimo prodotto energetico (biometano) ed un sottoprodotto (digestato) da avviare alla biostabilizzazione aerobica.

Per quanto riguarda le tecniche di compostaggio aerobico, un processo di biostabilizzazione aerobica è descritto nel brevetto italiano nr. 0001419537. Quest’ultimo consente di ottenere tramite fermentazione aerobica un pastazzo di agrumi biostabilizzato senza la necessità di ricorrere ad alcun pretrattamento, come la deidratazione e l'estrazione degli oli essenziali, e senza il ricorso a macro-additivi come strutturante lignocellulosico, o micro-additivi, come correttori di pH o antimuffe. Il procedimento utilizzato è estremamente valido e tuttavia è dedicato esclusivamente al trattamento di pastazzo di agrumi il quale presenta specifiche caratteristiche di acidità e la presenza di oli essenziali che ne differenziano notevolmente le modalità di attivazione e di controllo della fermentazione aerobica rispetto a quanto necessario per le masse generiche ed indistinte di rifiuti organici solidi, ROS.

SINTESI DELL’INVENZIONE

Un primo scopo della presente invenzione è quindi proporre un processo ed un relativo apparato per la biostabilizzazione ossidativa di Rifiuti Organici Solidi (ROS), in particolare dei fanghi derivanti dai processi di depurazione delle acque reflue, capace di consentire la fermentazione aerobica della biomassa senza alcun pretrattamento come la deidratazione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è proporre un processo ed un relativo apparato di trattamento dei Rifiuti Organici Solidi (ROS) in generale, e dei fanghi di depurazione, in particolare, che consenta il processamento senza il ricorso a macroadditivi (strutturante, correttore di umidità, ecc.) o micro-additivi (correttori di pH, antimuffe, ecc.), un’ampia flessibilità del tipo di ROS da trattare (scarti e sottoprodotti dell'industria agro-alimentare, FORSU, fanghi di depurazione), la ottimizzazione dei parametri di processo e una affidabile replicabilità dei risultati ottenuti.

Un altro scopo della presente invenzione è proporre un processo che consenta di conoscere la composizione e le caratteristiche del prodotto finale a partire dalla conoscenza del prodotto in ingresso, senza che sia necessario effettuare analisi del prodotto finale. Un altro scopo della presente invenzione è quello di proporre un processo per la fermentazione aerobica dei ROS che sia realizzabile per mezzo di impianti estremamente semplici ed economici, sia nella realizzazione che nella gestione.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di proporre un impianto per la fermentazione aerobica dei ROS semplice, modulare e mobile, così da poter essere impiegato nelle situazioni di emergenza socio-sanitaria (per esempio campi profughi, o situazione di emergenza rifiuti) capace di essere dislocata in pochissimi giorni in prossimità del luogo di produzione dei rifiuti.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è proporre un impianto per la fermentazione aerobica dei ROS particolarmente adatto ad essere realizzato in versioni di dimensioni contenute e con capacità di trattamento (500÷5.000 tonnellate/anno) contenute, che possa essere facilmente integrato nei siti industriali di produzione dei ROS (piccoli impianti di depurazione acque reflue urbane o di servizio all'industria agroalimentare).

Un sesto scopo della presente invenzione è quello di dotare le unità impiantistiche oggetto del presente brevetto di un sistema di monitoraggio e controllo dei parametri di processo temperatura e umidità della biomassa sottoposta a fermentazione aerobica.

A questi ed ulteriori scopi si è pervenuti con un processo ed un apparato secondo una o più delle rivendicazioni allegate.

Secondo l’invenzione, il ROS non pre-trattato viene immesso in un impianto a processo aerobico.

Un primo vantaggio dell’invenzione consiste nel fatto che il processo dell’invenzione consente la fermentazione aerobica della biomassa senza alcun pretrattamento fisico e chimico-fisico come la deidratazione o l'allontanamento meccanico del contenuto di acqua nella biomassa in ingresso.

Un ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo e l’apparato dell’invenzione risultano flessibili nell’uso e facilmente ottimizzabili in funzione del tipo di ROS caricato.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo dell’invenzione è in grado di trattare una frazione omogenea di ROS tal quale puro (100% del materiale trattato) senza miscelazione con macro-additivi estranei come strutturante lignocellulosico e/o micro-additivi come correttori di pH.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo è di tipo continuo. Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo si integra agevolmente nel ciclo di trattamento delle acque reflue per la valorizzazione dei fanghi generati e degli scarti dalle industrie di produzione agroalimentari.

Ancora un vantaggio dell’invenzione consiste nel fatto che grazie alla particolare efficacia del catalizzatore utilizzato la fermentazione aerobica ha inizio anche quando l’umidità della miscela reattiva è superiore al 65%, fino anche ad un’umidità del 70%.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo non presenta emissioni gassose inquinanti.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo non genera emissioni osmogene significative e dunque non necessita di trattamento delle emissioni e del convogliamento delle stesse nell'area di processo.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo non genera percolato, la cui eventuale presenza è anzi indice di un andamento non ottimale del processo aerobico.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo consente di ottenere come prodotto finale del trattamento del ROS compostato omogeneo e privo di contaminanti estranei alla carica iniziale, con molteplici applicazioni merceologiche (ammendante organico di qualità, concime organico, combustibile solido, ecc.).

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo non prevede produzione di rifiuti nell’intero ciclo produttivo.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo non prevede consumi significativi di risorse primarie come acqua, energia termica e/o elettrica ed è quindi privo di impatto ambientale.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il processo è caratterizzato da elevata semplicità impiantistica e dei flussi di materia trattata con un agevole controllo del processo fermentativo industriale.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nell'impianto mobile facilmente trasportabile, installabile e smontabile in breve tempo.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nella rigenerazione del catalizzatore utilizzato con conseguente riutilizzo previo condizionamento.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nella resilienza del catalizzatore utilizzato su matrici organiche (ROS) di varia natura dopo pochi cicli di rigenerazione, condizionamento e riciclaggio.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel sistema di monitoraggio e controllo di due parametri fondamentali di processo, temperatura T e umidità U mediante un sistema ad infrarossi non-contatto in grado di trasmettere le misure con tecnologia wireless in tempo reale e a piattaforme digitali in remote.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nella riduzione naturale della biomassa in ingresso (ROS) di oltre 80% rispetto al prodotto biostabilizzato in uscita con una forte riduzione del contenuto di acqua ben al di sotto del 50%.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

la Figura 1 mostra uno schema a blocchi di un impianto per l’attuazione di un processo secondo l’invenzione.

la Figura 2 mostra una vista in sezione laterale di un impianto per la biostabilizzazione ossidativa di rifiuti organici solidi secondo la presente invenzione,

la Figura 3 mostra una vista dall’alto di alcuni componenti dell’impianto di fig.

2,

la Figura 4 mostra una vista ingrandita della vista di una porzione di Fig.2,

la Figura 5 mostra una vista frontale dal lato di ingresso dell’impianto di Fig. 2.

DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE

Con riferimento alla Fig. 1 allegata, è ora descritto un impianto per l’attuazione del processo dell’invenzione secondo una delle forme realizzative preferite.

L’impianto dell’invenzione è vantaggiosamente ubicato in prossimità di un’area di raccolta di ROS, 1, proveniente ad esempio da processi di trasformazione agro-industriale o da impianto di depurazione di acque reflue.

ROS utilizzabili in un processo secondo l’invenzione comprendono i fanghi di depurazione, quali ad esempio fanghi aventi le caratteristiche riportate nella tabella 1.

Tabella 1 – Analisi chimica del fango di depurazione acque reflue, tal quale.

Dall’area di raccolta 1 il ROS viene alimentato ad un dispositivo di cernita, 2, in grado di separare eventuale materiale improprio come plastica, metalli, vetro o altro.

Dal dispositivo di cernita 2 il ROS omogeneo è trasferito in continuo secondo una determinata quantità per unità di tempo P1 (ad esempio 0,80 m3/h) ad mescolatore, 3, che mescola il ROS omogeneo con un catalizzatore attivo.

Durante una prima attivazione del processo, il catalizzatore attivo è costituito da pastazzo di agrumi biostabilizzato attivo adsorbito su supporto inerte, che ha acidità pari a 6<pH<9, Indice Respirometrico Dinamico Potenziale pari a 500<IRD<1000 mgO2/kgSV/h, umidità U<50%. Il supporto inerte, che a meno di usura meccanica fisiologica, rimarrà in circolo nel processo, è costituito da un materiale inerte rispetto al processo di compostaggio ed avente elevata rugosità ed elevata igroscopicità almeno superficiale in modo da favorire l’adsorbimento del catalizzatore su di esso. Il catalizzatore attivo adsorbito sul supporto è alimentato al mescolatore 3 secondo una quantità P2 tale da ottenere una miscela di reazione avente indicativamente umidità U<70%, e pH>5,0.

La miscela di reazione ottenuta viene immessa in un primo reattore 4 a camera aperta dove avviene il processo di compostaggio aerobico o biostabilizzazione ossidativa in aria della miscela di reazione.

Nel primo reattore 4 sono presenti mezzi di avanzamento, 5, per far avanzare la miscela di reazione lungo il primo reattore 4 tra una sezione di ingresso, 6, in corrispondenza della quale la miscela di reazione proveniente dal mescolatore 3 viene immessa, ed una sezione di uscita, 7.

All’interno del primo reattore 4, e durante l’avanzamento tra la sezione di ingresso 6 e la sezione di uscita 7, la miscela di reazione attraversa le fasi tipiche del processo di compostaggio aerobico o biostabilizzazione ossidativa, vale a dire una prima fase mesofila, caratterizzata da un innalzamento della temperatura da un valore iniziale di 30-35°C fino ad un valore di circa 50°C, una fase termofila, successiva alla precedente e nella quale la temperatura della miscela di reazione continua ad innalzarsi fino a temperature superiori ai 70°C, per poi cominciare a calare fino ad arrivare alla temperatura di circa 55°C, cui segue una seconda fase m esofila, successiva alla fase termofila, seguita da una fase di curing o maturazione in cui la temperatura continua a calare fino a circa 30-35°C. Secondo la presente invenzio ne, la suddetta fase di curing o maturazione può avvenire all’interno del primo reattore 4 o esternamente allo stesso.

Al fine di permettere la corretta esecuzione delle suddette fasi secondo le corrette tempistiche, almeno una porzione del primo reattore di ingresso, a partire dalla sezione di ingresso 6 è provvista di mezzi di condizionamento della temperatura, 8, e di mezzi di aerazione, 9. Ad esempio, la temperatura iniziale della miscela di reazione è mantenuta vantaggiosamente a circa 35°C tramite un sistema di prer iscaldamento della miscela che sfrutta il recupero di calore dalla biomassa in fermentazione. In questo modo, dopo circa 3-4 giorni la miscela di reazione si trova nella fase termofila e può raggiungere picchi di temperature prossime agli 80°C per poi scendere intorno ai 50°C.

Poiché all’incremento di temperatura corrisponde generalmente una diminuzione dell’acidità e dell’umidità della miscela di reazione, sono previsti mezzi di condizionamento dell’umidità, non rappresentati nelle figure, costituiti ad esempio da un sistema di innaffiamento, che è possibile azionare qualora al termine della fase termofila l’umidità del substrato o miscela di reazione dovesse scendere sotto il 40%, per riportare l’umidità al valore ottimale di circa 45÷50%.

Preferibilmente per il controllo dell’umidità nel reattore 4 è utilizzato primariamente il percolato eventualmente formatosi nella parte iniziale del reattore, altrimenti il percolato formatosi in silos di stoccaggio esterni all’impianto, se presenti.

Le operazioni sopra descritte di condizionamento dell’ambiente di reazione sono eseguite in funzione dall'analisi dei dati raccolti in tempo reale da un sistema di rilevamento di temperatura e umidità, 13, associato al primo reattore 4, vantaggiosamente costituito da un sistema di rilevamento, senza contatto, mediante detector IR mobile solidalmente ai mezzi di avanzamento 5.

Al fine di evitare dispersioni termiche eccessive ed il conseguente rallentamento della cinetica di fermentazione, il primo reattore 4 è realizzato con pareti termicamente isolanti.

In alcuni casi, dipendenti principalmente dalle caratteristiche del ROS omogeneo con cui viene alimentato il mescolatore 3, all’uscita dal primo reattore 4, la miscela di reazione ha già avviato, come anzi detto, una fase di curing o maturazione e si è trasformata in un prodotto finale biostabilizzato avente un indice respirometrico dinamico IRD<500 mgO2/kgSV/h e una umidità U<40% (vedi tabella 2).

Tabella 2 – Analisi sulla biostabilità del prodotto dell'invenzione

In altri casi invece all’uscita dal primo reattore la miscela di reazione non ha ancora iniziato o completato la fase di curing o maturazione per cui la miscela di reazione, che è diventata un prodotto parzialmente biostabilizzato viene trasferita in un reattore di maturazione, 10, dove si trasforma nel prodotto finale biostabilizzato avente le caratteristiche sopra citate.

Ad esempio, in un impianto come sopra descritto, il tempo di permanenza della miscela di reazione nel primo reattore 4, avente per esempio una lunghezza pari a 50 metri, è di circa 4-8 giorni a seconda del tipo di ROS e dalle caratteristiche chimico-fisiche del ROS, in particolare dal tenore iniziale di zuccheri, di oli essenziali e di umidità. Il successivo tempo di maturazione (fase di curing), inteso come tempo di permanenza, della biomassa in fermentazione nel reattore di maturazione 10, è indicativamente non superiore ai 14 giorni e avviene in cumuli coperti da tettoia in grado di impedire contatto con acque piovane, assicurare una sufficiente aerazione naturale al fine di consentire la fuori uscita dal substrato verso l’esterno di biossido di carbonio, CO2, e vapore d’acqua, H2O.

Grazie alle peculiari caratteristiche dell’impianto e del processo sopra descritti, il processo di fermentazione stesso ha una durata minima di 8 giorni ed una durata massima di 22 giorni, in funzione delle caratteristiche del ROS alimentato.

Il prodotto finale biostabilizzato è infine avviato all'apparato di confezionamento e imballaggio per la commercializzazione del prodotto finito.

In una zona dell’impianto compresa tra una porzione del primo reattore 4 nella quale la temperatura della miscela di reazione, superato il picco di temperatura della fase termofila è ridisceso sotto la temperatura T=55°C, e l’’uscita dal reattore di maturazione 10, sono previsti mezzi di separazione, 11, per separare la miscela di reazione (eventualmente diventata prodotto parzialmente o completamente biostabilizzato) da un catalizzatore grezzo adsorbito su supporto inerte costituito dalla miscela di reazione (o prodotto biostabilizzato) su di esso adsorbita. Nell’esempio realizzativo dell’impianto mostrato in Fig. 1 i mezzi di separazione 11 sono ubicati in prossimità della sezione di uscita 7 del primo reattore 4 e sono costituiti da mezzi di separazione meccanica quale ad esempio un vibro-vaglio che trattiene il catalizzatore grezzo e lascia passare il prodotto biostabilizzato.

Il supporto inerte permette l’adsorbimento su di esso del catalizzatore, ha secondariamente una funzione di strutturante e permette inoltre l’agevole separazione del catalizzatore grezzo dal prodotto finale.

Il catalizzatore grezzo viene trasferito a mezzi di rigenerazione, 12, nei quali viene sottoposto a condizionamento dell’umidità per mantenerla tra 35%<U<50% e monitoraggio della temperatura fino a verifica che sia compresa tra 30°C<T<50°C, ottenendo in tali condizioni un catalizzatore attivo rigenerato.

Il catalizzatore attivo rigenerato viene alimentato al mescolatore 3 in una quantità per unità di tempo, P3, tale da ottenere a seguito dell’azione del dispositivo mescolatore 3 una miscela di reazione avente umidità U<70%, e pH>5,0.

L’alimentazione del catalizzatore attivo rigenerato al mescolatore 3 sostituisce l’alimentazione allo stesso del catalizzatore di avvio e permette la continuazione ciclica del processo. Il supporto inerte, imbibito di catalizzatore attivo superficialmente adsorbito e previa separazione dal prodotto finito, viene quindi continuamente riciclato e riutilizzato in quanto viene separato dalla miscela di reazione sotto forma di catalizzatore grezzo e reimmesso nella stessa sotto forma di catalizzatore attivo rigenerato. In questo modo, a regime non è necessario aggiungere alcun tipo di strutturante o catalizzatore esterno. Questo comporta anche il grande vantaggio che il prodotto finale biostabilizzato non contiene elementi diversi da quanto contenuto nel ROS omogeneo alimentato al mescolatore 3.

L’impianto sopra descritto opera pertanto secondo le seguenti fasi principali:

alimentazione di una certa quantità per unità di tempo P1 di ROS omogeneo, sostanzialmente privo di sostanze estranee, ad un dispositivo mescolatore 3, prima attivazione del processo di biostabilizzazione ossidativa tramite alimentazione al dispositivo mescolatore 3 di un catalizzatore attivo di avvio costituito da pastazzo di agrumi biostabilizzato attivo adsorbito su supporto inerte, in cui il suddetto catalizzatore ha acidità pari a 6<pH<9, Indice Respirometrico Dinamico Potenziale pari a 500<IRD<1000 mgO2/kgSV/h, umidità U<50%, ed è alimentato in una quantità per unità di tempo P2 tale da ottenere a seguito dell’azione del dispositivo mescolatore 3 una miscela di reazione avente umidità U<70%, e pH>5,0,

immissione della miscela di reazione in un primo reattore 4 a camera aperta per la biostabilizzazione ossidativa in aria della miscela,

avanzamento, mediante mezzi di avanzamento 5, della miscela di reazione lungo il primo reattore 4 tra una sezione di ingresso 6 ed una sezione di uscita 7 dello stesso, con l’aerazione e la temperatura della miscela di reazione all’interno del primo reattore controllate in modo tale che la miscela di reazione attraversi nel primo reattore 4 fasi di compostaggio aerobico costituite in successione almeno da una prima fase mesofila, una fase termofila ed una seconda fase mesofila, in cui nella fase termofila la temperatura della miscela di reazione sale fino ad un picco di temperatura al di sopra dei 55°C per poi ridiscendere al di sotto di tale valore, maturazione della miscela di reazione fino all’ottenimento di un prodotto finale biostabilizzato avente un indice respirometrico dinamico IRD<500 mgO2/kgSV/h e una umidità U<40%,

separazione di catalizzatore grezzo costituito da miscela di reazione adsorbita sul supporto inerte immesso con detto catalizzatore di avvio, in cui la separazione è eseguita in una fase del processo di biostabilizzazione ossidativa successiva al raggiungimento del picco di della fase termofila ed in cui la temperatura della miscela di reazione è ridiscesa sotto la temperatura T=55°C,

rigenerazione del catalizzatore grezzo tramite condizionamento dell’umidità per mantenerla tra 35%<U<50% e monitoraggio della temperatura fino a verifica che sia compresa tra 30°C<T<50°C, ottenendo i n tali condizioni un catalizzatore attivo rigenerato,

trasferimento del catalizzatore attivo rigenerato al dispositivo mescolatore 3 per l’esecuzione continua di una fase di alimentazione al dispositivo mescolatore 3 in cui il catalizzatore attivo rigenerato è alimentato in una quantità per unità di tempo P3 tale da ottenere a seguito dell’azione del dispositivo mescolatore 3 una miscela di reazione avente umidità U<70%, e pH>5,0, con l’alimentazione del catalizzatore attivo rigenerato che a regime sostituisce l’alimentazione del catalizzatore di avvio della fase di avvio del processo.

Le principali caratteristiche del processo sono:

- il riciclaggio continuo del catalizzatore adsorbito su supporto inerte, quest’ultimo venendo quindi anch’esso riciclato continuamente senza bisogno di

- l’utilizzo come catalizzatore a regime di una porzione attiva o riattivabile tramite rigenerazione della miscela di reazione stessa,

- l’utilizzo come catalizzatore di avvio di pastazzo di agrumi biostabilizzato attivo. Il supporto inerte ha primariamente funzione di adsorbire il catalizzatore massimizzando la superficie attiva e favorendo la circolazione dell'aria nella miscela di reazione in quanto presenta elevata porosità, secondariamente ha la funzione di strutturante e di facilitare la separazione catalizzatore/prodotto finito consentendo il riciclo del catalizzatore.

Il catalizzatore non altera la composizione del ROS ma apporta in qualità e quantità idonee i microorganismi che permettono la promozione del processo fermentativo aerobico. Inoltre, il catalizzatore corregge l’umidità del ROS portando l’umidità complessiva della miscela di reazione a valori ottimali, il tutto rendendo completamente superflua l’aggiunta di additivi di qualunque tipo. In particolare, inoltre, il ricircolo del catalizzatore riduce significativamente i tempi di fermentazione dei batteri mesofili, privilegiando le colonie di batteri termofili. Questi ultimi danno vita ad un cracking catalitico ossidativo delle funzionalità terminali delle macromolecole organiche, accelerano la fermentazione con enorme produzione di calore con produzione di H2O e CO2, e che grazie alla elevata temperatura abbandonano il substrato in fase aeriforme.

Analisi chimico-fisiche dimostrano che il prodotto finale biostabilizzato ottenuto con il processo dell’invenzione rientra nelle caratteristiche richieste per l’utilizzo come fertilizzante organico.

Inoltre, il prodotto finale biostabilizzato, in funzione della ricetta di produzione, rientra anche nelle caratteristiche di combustibile solido verde in quanto presenta un potere calorifico di circa 10 kJ/kg (vedi tabella 5), paragonabile alla legna. Inoltre presenta almeno due aspetti di sostenibilità ambientale: risultato della valorizzazione di un sottoprodotto e assenza di potenziali inquinanti derivanti dalla combustione (zolfo, metalli pesanti, etc..).

Con riferimento alle figure da 2 a 5, viene adesso descritto una preferita forma di realizzazione di un impianto secondo la presente invenzione, la quale trova impiego particolarmente vantaggioso quando è necessario far fronte rapidamente a situazione emergenziali di gestione di ROS, oppure quando sia opportuna la realizzazione di impianti pilota temporanei.

Per comodità, nella descrizione che segue, componenti funzionalmente uguali saranno indicati con lo stesso numero di riferimento con il quale sono indicati i componenti dell’impianto schematicamente rappresentato in fig.1.

L’impianto comprende un primo reattore, 4, di tipo modulare a sviluppo orizzontale. Il primo reattore 4 è costituito da un modulo contenitore di ingresso, 4a, un modulo contenitore centrale, 4b, e un modulo contenitore di uscita, 4c, tutti di medesima forma scatolare e medesime dimensioni e provvisti ciascuno di un’apertura di ingresso e di un apertura di uscita, disposti consecutivamente, in modo che l’apertura di uscita dell’uno coincida con l’apertura di ingresso del successivo. Ad esempio, ciascun modulo contenitore può essere vantaggiosamente realizzato da un container di tipo marittimo di dimensioni standardizzate.

Dal pavimento del primo reattore 4 si estendono verso l’alto, per correre parallele l’una all’altra nella direzione dello sviluppo longitudinale del primo reattore 4 stesso, due spallette, 41, le quali individuano in una porzione inferiore del primo reattore 4 una fossa di reazione, 42, per il contenimento della miscela di reazione. Sulla sommità delle spallette sono presenti rispettive rotaie che realizzano un binario, 43, estendentesi sostanzialmente dalla sezione di ingresso, alla sezione di uscita, 7, del primo reattore 4.

Lungo il binario 43 possono muoversi mezzi di avanzamento, 5, costituiti da un movimentatore a pale disposto per compiere una corsa di lavoro tra la sezione di ingresso 6 e la sezione di uscita 7 con le relative pale che si immergono nella fossa di reazione 42 ed una corsa di ritorno dalla sezione di uscita 7 alla sezione di ingresso 6 con le pale sollevate rispetto alla fossa di reazione. La struttura del movimentatore a pale 5 non è ulteriormente descritta in quanto di tecnica nota. Il movimentatore a pale 5 fa avanzare la miscela di reazione lungo il reattore di una certa misura, ad esempio 2 m, ad ogni passaggio, con un numero di passaggi giornalieri che dipende dalla lunghezza del reattore. Inoltre, l’azione del movimentatore genera una notevole aerazione della massa in fermentazione per cui il numero di passate giornaliere è funzione anche delle necessità di aerazione. Infatti, il rivoltamento meccanico della massa in fermentazione nel reattore 4 facilita il rilascio di masse aeriforme di H2O e CO2, ne uniforma la temperatura e ne garantisce l’omogeneità chimico-fisica. Al rivoltatore a pale 5 è associato un sistema di rilevamento di temperatura e umidità non a contatto mediante detector IR che durante l'avanzamento del movimentatore a pale 5 misura temperatura e umidità della miscela di reazione presente nella fossa di reazione 42. I dati rilevati sono vantaggiosamente trasferiti in tempo reale mediante sistema wireless ad un data center e da qui mediante internet ad una piattaforma in remote per l'analisi dei dati ed il controllo remoto del processo.

Secondo una forma di realizzazione vantaggiosa, il fondo della fossa di reazione prevede canali di raccolta del percolato adatti a raccogliere l’eventuale percolato formato dalla miscela di reazione e convogliarlo verso un sistema di smaltimento o di ricircolo.

Una forma realizzativa vantaggiosa prevede anche la presenza di un impianto di riscaldamento associato almeno al modulo contenitore di ingresso 4a per innalzare la temperatura della miscela di reazione nella fase iniziale.

Sopra al modulo contenitore di ingresso 4a è previsto un modulo contenitore di alimentazione, 15, comprendente mezzi di alimentazione per alimentare miscela di reazione alla fossa di reazione 42 in prossimità dell’apertura di ingresso 6. Secondo una forma realizzativa preferita, nel modulo contenitore di alimentazione 15 è alloggiato un dispositivo mescolatore, 3, provvisto di un primo canale di alimentazione, 31, per l’alimentazione di ROS omogeneo e di un secondo canale di alimentazione, 32, per l’alimentazione di catalizzatore attivo. Il ROS da biostabilizzare ed il catalizzatore vengono mescolati nel mescolatore 3 e quindi immessi da quest’ultimo nella zona iniziale della fossa di reazione 42.

Accanto al modulo contenitore di alimentazione 15 e ancora sopra al primo reattore 4 è disposto un modulo contenitore di filtrazione dell’aria, 20, nel quale è alloggiato un impianto di filtrazione dell’aria, 21, alimentato da un impianto di ventilazione forzata comprendente aperture di aspirazione, 22, disposte per aspirare aria dall’interno del modulo contenitore di alimentazione 15 e dall’interno del modulo contenitore di ingresso 4a. Nel modulo contenitore di alimentazione 15 e nel modulo contenitore di ingresso 4a si formano i cattivi odori del processo di fermentazione ed è pertanto opportuno che l’aria al loro interno sia convogliata verso l’impianto di filtrazione 21 prima di essere espulsa verso l’esterno. Inoltre, l’apertura di aspirazione 22 disposta per aspirare dal modulo contenitore di ingresso 4a permette anche di regolare l’aerazione della miscela di reazione nella fase iniziale del processo.

Nell’impianto modulare sopra descritto, mezzi di separazione 11 del catalizzatore grezzo dalla miscela di reazione sono vantaggiosamente costituiti da un vibro-vaglio meccanico disposto preferibilmente immediatamente all’uscita del primo reattore 4.

In funzione della tipologia di ROS trattato e della lunghezza del primo reattore potrebbe essere prevista un area di maturazione costituente il secondo reattore 10, oppure il prodotto in uscita dal primo reattore 4 potrebbe essere già sufficientemente biostabilizzato da non richiedere ulteriori fasi di maturazione.

Come risulta evidente dalla descrizione sopra data l’impianto di tipo modulare può essere agevolmente trasportato ed installato in tempi estremamente contenuti in modo da renderlo particolarmente idoneo a far fronte a situazioni emergenziali di gestione di ROS.

La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la biostabilizzazione ossidativa di Rifiuto Organico Solido (ROS) in un impianto di biostabilizzazione comprendente le seguenti fasi: alimentazione di una certa quantità per unità di tempo (P1) di ROS omogeno ad un dispositivo mescolatore (3), alimentazione a detto dispositivo mescolatore (3) di un catalizzatore attivo su supporto inerte, detto catalizzatore avendo acidità pari a 6<pH<9, Indice Respirometrico Dinamico Potenziale pari a 500<IRD<1000 mgO2/kgSV/h, umidità U<60%, U<50% detto catalizzatore attivo essendo alimentato in una quantità per unità di tempo (P2, P3) tale da ottenere a seguito dell’azione di detto dispositivo mescolatore (3) una miscela di reazione avente umidità U<70%, e pH>5,0, immissione di detta miscela di reazione in un primo reattore (4) a camera aperta per la biostabilizzazione ossidativa in aria di detta miscela di reazione, avanzamento, mediante mezzi di avanzamento (5), di detta miscela di reazione lungo detto primo reattore (4) tra una sezione di ingresso (6) ed una sezione di uscita (7) dello stesso, l’aerazione e la temperatura di detta miscela di reazione all’interno di detto primo reattore (4) essendo controllate in modo tale che detta miscela di reazione attraversi in detto primo reattore (4) fasi di compostaggio aerobico costituite in successione almeno da una prima fase mesofila, una fase termofila ed una seconda fase mesofila, in cui in detta fase termofila la temperatura della miscela di reazione sale fino ad un picco di temperatura al di sopra dei 55°C per poi ridiscendere al di sotto di tale valore, maturazione di detta miscela di reazione fino all’ottenimento di un prodotto finale biostabilizzato avente un indice respirometrico dinamico IRD<500 mgO2/kgSV/h e una umidità H<40%, separazione di catalizzatore grezzo costituito da miscela di reazione adsorbita su detto supporto inerte immesso nel processo con detto catalizzatore attivo di avvio, detta separazione essendo eseguita in una fase di detto processo di biostabilizzazione ossidativa successiva al raggiungimento di detto picco di temperatura di detta fase termofila ed in cui la temperatura di detta miscela di reazione è ridiscesa sotto la temperatura T=55°C, rigenerazione di detto catalizzatore grezzo tramite condizionamento adatto a mantenerne l’umidità tra 35%<U<50% e monitoraggio della relativa temperatura fino a verifica che sia compresa tra 30°C<T <50°C, ottenendo in tali condizioni un catalizzatore attivo rigenerato, trasferimento di detto catalizzatore attivo rigenerato a detto dispositivo mescolatore (3) per l’esecuzione a regime di detta fase di alimentazione a detto dispositivo mescolatore (3) in cui detto catalizzatore attivo rigenerato costituisce detto catalizzatore attivo.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di prima attivazione del processo di biostabilizzazione ossidativa in cui detto catalizzatore attivo alimentato a detto dispositivo mescolatore (3) è un catalizzatore attivo di avvio costituito da pastazzo di agrumi biostabilizzato su supporto inerte, detto supporto inerte essendo immesso in detto processo esclusivamente in detta fase di prima attivazione del processo di biostabilizzazione ossidativa e successivamente riciclato in continuo all’interno del processo stesso in dette fasi di separazione di catalizzatore grezzo e di rigenerazione per la realizzazione di detto catalizzatore attivo rigenerato.
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che all’interno di detto primo reattore (4) detta miscela di reazione attraversa dopo detta seconda fase mesofila una fase di maturazione in cui detta miscela di reazione diventa un prodotto biostabilizzato avente acidità 6<pH<9, Indice Respirometrico Dinamico Potenziale IRD<500 mgO2/kgSV/h, umidità H<40%, detta separazione di detto catalizzatore grezzo avvenendo all’uscita di detto primo reattore (4).
4. 4. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che all’uscita da detto primo reattore (4) detta miscela di reazione ha Indice Respirometrico Dinamico Potenziale 500<IRD<1000 mgO2/kgSV/h ed è sottoposta ad una successiva fase di maturazione in un secondo reattore (6) fino al raggiungimento di una condizione di prodotto biostabilizzato avente Indice Respirometrico Dinamico Potenziale IRD<500 mgO2/kgSV/h.
5. 5. Prodotto biostabilizzato ottenuto tramite biostabilizzazione ossidativa di Rifiuto Organico Solido, caratterizzato dal fatto che detto prodotto biostabilizzato è costituito da ROS compostato omogeneo privo di contaminanti estranei alla carica iniziale, detto ROS compostato omogeneo avendo Indice Respirometrico Dinamico Potenziale IRD<500 mgO2/kgSV/h e umidità H<40% U<40%.
6. 6. Impianto per la biostabilizzazione ossidativa di ROS, caratterizzato dal fatto di comprendere: mezzi di alimentazione continua di ROS (1), un mescolatore (2) di una massa di ROS fresco con una massa di catalizzatore attivo per ottenere una miscela di reazione, un primo reattore (3) a camera aperta per la biostabilizzazione ossidativa in aria della miscela di reazione, provvisto di una prima estremità di ingresso (5) in corrispondenza della quale immette miscela di reazione detto mescolatore (3) e di una seconda estremità (6) di uscita di detta miscela di reazione almeno parzialmente biostabilizzata, mezzi di avanzamento (4) per l’avanzamento di detta miscela di reazione lungo detto primo reattore (3) tra detta prima estremità (5) e detta seconda estremità (6), mezzi di separazione (7) per la separazione di catalizzatore grezzo da detta miscela di reazione, mezzi di rigenerazione (10) adatti a realizzare un condizionamento di umidità e temperatura di detto catalizzatore grezzo per ottenere un catalizzatore attivo rigenerato.
7. 7. Impianto secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che: detto primo reattore (4) è modulare a sviluppo orizzontale, costituito da almeno un modulo contenitore di ingresso (4a) e da un modulo contenitore di uscita (4c), entrambi di medesima forma scatolare provvisti ciascuno di un’apertura di ingresso e di un apertura di uscita, disposti consecutivamente, detto primo reattore (4) presentando in una porzione inferiore una fossa di reazione (42) per il contenimento di detta miscela di reazione, alla sommità di detta fossa di reazione (42) essendo ubicato un binario (43) estendentesi sostanzialmente dall’apertura di ingresso (6) all’apertura di uscita (7) di detto primo reattore, detto binario (43) essendo adatto a supportare, detti mezzi di avanzamento (5), costituiti da un movimentatore a pale disposto per compiere una corsa di lavoro tra detta apertura di ingresso (6) e detta apertura di uscita (7) con le relative pale che si immergono in detta fossa di reazione (42) ed una corsa di ritorno da detta apertura di uscita (7) a detta apertura di ingresso (6) con le pale sollevate rispetto a detta fossa di reazione (42),
8. 8. Impianto secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere: un modulo contenitore di alimentazione (15) disposto appoggiato sopra a detto primo reattore con la relativa estremità anteriore sostanzialmente allineata con detta apertura di ingresso, detto modulo contenitore di alimentazione (15) comprendendo mezzi di alimentazione (3, 31, 32) disposti per alimentare miscela di reazione a detta fossa di reazione (42) in prossimità di detta apertura di ingresso (6), un modulo contenitore di filtrazione aria (20) disposto sopra a detto primo reattore (4) successivamente a detto modulo contenitore di alimentazione (15), in detto modulo contenitore di filtrazione aria (20) essendo presente un impianto di filtrazione dell’aria (21) alimentato da un impianto di ventilazione forzata comprendente aperture di aspirazione (22) disposte per aspirare aria dall’interno di detto modulo contenitore di alimentazione (15) e dall’interno di detto modulo contenitore di ingresso (4a), detti moduli contenitori (4a, 4b, 4c) di detto primo reattore (4) essendo provvisti di pareti coibentate, almeno detto modulo contenitore di ingresso (4a) essendo provvisto di mezzi di condizionamento della temperatura di detta fossa di reazione (42).
9. 9. Impianto secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto modulo contenitore di alimentazione (15) comprende detto dispositivo mescolatore (3) provvisto di un primo canale di alimentazione (31) per l’alimentazione di ROS omogeneo e di un secondo canale di alimentazione (32) per l’alimentazione di catalizzatore attivo, detto ROS omogeneo e detto catalizzatore attivo essendo mescolati nel mescolatore (3) e quindi immessi da quest’ultimo nella zona iniziale di detta fossa di reazione (42).
10. 10. Impianto secondo la rivendicazione 6 o successive caratterizzato dal fatto che detto primo reattore (4) comprende un sistema di rilevamento di temperatura e umidità (13) ti tipo senza contatto mobile solidalmente a detti mezzi di avanzamento (5).