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Anno 2016 Numero 10-11

Tecnica
ottobre - novembre 2016

Macchine e impianti per il compostaggio

Il processo biochimico che porta alla produzione di sostanza organica da residui vegetali è complesso e richiede il rispetto di fasi ben determinate e di parametri precisi. La produzione di compost, che rappresenta il prodotto finale del processo di digestione organica, è resa possibile dall'impiego di macchine ed impianti – sia per gli usi hobbistici sia per le esigenze industriali – che possono supportare il processo in tutte le sue fasi

 

In questi anni di crisi economica e sociale, sempre più si parla di economia circolare, con riferimento a un sistema economico nel quale tutto torna in circolo al fine di eliminare o comunque ridurre gli sprechi. Il compostaggio rappresenta una forma di ricircolo del materiale biologico che, anziché andare in discarica o agli inceneritori, viene reintegrato nella biosfera. Si tratta di un processo biossidativo aerobico, provocato da microrganismi che, intervenendo su un substrato biologico eterogeneo ne determinano, oltre alla riduzione del volume, profonde trasformazioni nella struttura fisica e nei contenuti chimici e nutrizionali, sino ad ottenere un prodotto stabile denominato compost. Il processo dura alcuni mesi, a seconda del tipo di substrato e delle condizioni di temperatura e umidità dello stesso. Per quanto riguarda gli impianti, si va da quelli per hobbisti a quelli per la produzione industriale; macchine, attrezzature e impianti sono ovviamente diversi a seconda della tipologia degli stessi.

 

Fasi del processo

Il processo di compostaggio avviene con emissione di acqua, calore, NH3 e CO2, per arrivare a produrre sostanza organica humificata e parzialmente mineralizzata non suscettibile di ulteriori trasformazioni biologiche. Vengono distinte due fasi, quella di biossidazione e quella di maturazione e finissaggio.  

La fase di biossidazione avviene con forte consumo di ossigeno, rapido sviluppo microbico e innalzamento della temperatura. Si passa così, dall’iniziale periodo di latenza nel quale operano i microrganismi mesofili, a quello termofilo con conseguente affermazione di microrganismi termofili  in grado di operare anche a temperature di 70°C. A queste temperature si ha l’inattivazione di eventuali semi di erbe infestanti e la morte dei microrganismi patogeni per le piante e per l’uomo. Nella seconda fase si ha un’attività microbica meno energica, con abbassamento della temperatura che consente l’affermarsi dei microrganismi mesofili responsabili del processo di humificazione. 

I fattori che influenzano il processo possono essere ricondotti all’aerazione, alla temperatura e all’umidità del substrato, oltre che alla natura e composizione dello stesso. Il bisogno di ossigeno è maggiore nella fase di biossidazione. Le migliori condizioni si realizzano quando la concentrazione di ossigeno nell’atmosfera all’interno del substrato è intorno al 10%. Da qui l’importanza dell’aerazione. Per quanto riguarda la temperatura è necessario che vengano raggiunti i 65° C per consentire l’azione dei microrganismi termofili. Il contenuto idrico ottimale è compreso nell’intervallo tra il 55% e il 60%; non si deve scendere sotto il 40% e non superare il 65%. L’umidificazione attraverso irrorazioni, così come l’aerazione, vanno quindi controllate. La struttura, data dalla tessitura e porosità del substrato ne condiziona l’aerazione e quindi l’attività microbica. Lo stesso vale per la composizione, in quanto la flora microbica, nell’attività di moltiplicazione e trasformazione, consuma una quantità di carbonio venti, trenta volte superiore a quella dell’azoto. è quindi importante che il rapporto C/N del substrato sia compreso tra 20/1 e 30/1. A seconda che il processo di compostaggio sia di tipo hobbistico o di tipo industriale, nell’esercizio dello stesso come già anticipato, vi sono differenze non solo nel  materiale utilizzato ma anche per quanto attiene le macchine, le attrezzature e gli impianti impiegati nel processo di trasformazione.

Quando nel substrato è presente la frazione verde (erba, foglie, rami, scarti dell’orto…) valgono alcune condizioni. In particolare, per i soggetti che trattano direttamente i residui provenienti dalla propria attività agricola o di giardinaggio, è ammesso il compostaggio senza necessità di autorizzazione, a condizione che il compost prodotto venga utilizzato nella stessa attività, compatibilmente alle esigenze colturali della specie vegetale praticata. Negli altri casi l’attività di compostaggio del rifiuto verde deve essere autorizzata.

 

Macchine e attrezzature per il compostaggio hobbistico

Il materiale che viene normalmente utilizzato è costituito dai residui della falciatura del tappeto erboso, dai rami di potatura di alberi e arbusti, dalle foglie cadute a terra, dai residui dell’orto, dagli scarti della cucina (frutta, verdura, the, caffè, ecc.). Questi residui vanno tenuti separati e, dopo la biotriturazione, in particolare, dei rami, delle foglie e dell’erba, vanno opportunamente miscelati, al fine di avere la corretta struttura e il giusto rapporto C/N. Non devono essere assolutamente impiegati i materiali metallici, il vetro, la plastica ed anche le infestanti con molti semi e radici.

La triturazione eseguita con biotrituratori consiste nel ridurre il materiale lignocellulosico (erba, rami, ecc …) in frammenti di forma indefinita, ottenuti attraverso l’azione d’urto causata da martelli, denti o coltelli, inseriti su tamburo o disco rotanti. La presenza di una griglia nella camera dove avviene la triturazione consente di ottenere la dimensione desiderata dei frammenti. Il trinciato così ottenuto è costituito da frammenti con profilo irregolare che vengono meglio aggrediti dai microrganismi.

Normalmente si impiegano biotrituratori da giardino a spostamento manuale, per sollevamento o su ruote. La motorizzazione può essere elettrica o endotermica. Nell’azionamento elettrico i motori hanno potenza di 2-3 kW; per i modelli di minore potenza il diametro dei rami non deve superare i 20—25 mm. La motorizzazione endotermica, con motori a scoppio o Diesel ha valori di potenza superiori e si raggiungono anche i 10 kW.

Per quanto attiene l’apparato di triturazione la scelta va a favore di quello a martelli o a disco portacoltelli e controlama fissa. Il sistema a rotore con martelli e coltelli liberamente inseriti consente un fine amminutamento. Vi sono modelli con una doppia introduzione e cioè, una tramoggia per il materiale minuto (erba, foglie, frutti) e una più laterale per i rami.

La capacità di lavoro dei piccoli biotrituratori è di 0,5-1 m3/h, ma si possono raggiungere e superare anche i 2 m3/h. Lo scarico del triturato può essere a terra, per gravità, con raccolta in un contenitore, oppure, nei modelli di maggiore potenza dotati di una turbina, attraverso un canale di scarico.

Il processo di compostaggio del substrato adeguatamente preparato, può avvenire in cumuli o entro appositi contenitori che prendono il nome di compostiera o composter. La soluzione in cumuli è la più economica e viene utilizzata per quantitativi di un certo significato. Richiede però un discreto spazio e cioè larghezze di 1-2 metri e lunghezze a seconda dell’esigenza. Il cumulo va rivoltato più volte e ricoperto con un telo in plastica. Le compostiere possono essere in legno o in plastica, raramente in metallo. Le più diffuse sono quelle in plastica, che non richiedono manutenzione e hanno lunga durata. Necessitano di uno spazio ridotto e devono consentire un facile caricamento dallo sportello superiore e un agevole svuotamento da quello inferiore. Durante il processo è importante garantire l’aerazione e controllare l’umidità. La capacità varia dai 300-400 litri per i modelli più piccoli, a 600-800 litri per quelli di maggiori dimensioni, anche se ne esistono con capacità di 1.000 litri e oltre. La regola generale, puramente indicativa, è data da 1 litro di compostatrice per 1 m2 di giardino. A puro titolo orientativo si può dire che, una famiglia di 3-4 persone con un giardino di 400-500 m2 necessita di una compostiera con capacità di 700-800 litri. Esistono anche compostiere di tipo rotativo. Si tratta di contenitori cilindrici montati su un sistema che ne permette la rotazione e il basculamento, in modo da mantenere sempre omogeneo il substrato e accelerare così l’intero processo.

 

Macchine e impianti per il compostaggio industriale

La matrice di partenza in un processo di compostaggio su scala industriale può essere rappresentata da: rifiuti solidi urbani (RSU); fanghi di depurazione; residui organici delle industrie agroalimentari;  scarti di alimenti provenienti da supermercati, ristoranti, mense; prodotti della potatura di alberi e arbusti; foglie ed erba provenienti da sfalci dei tappeti erbosi; residui delle segherie, ecc…

Questi diversi materiali devono essere raccolti e conferiti in modo differenziato. Per quanto riguarda i rami di potatura la necessaria operazione di triturazione può avvenire direttamente sul campo, anche in relazione all’esigenza di ridurre il volume per la fase di trasporto. Vengono impiegati biotrituratori portati o trainati e azionati dalla pdp della trattrice, oppure azionati da motore proprio. Sono dotati di canale di espulsione del trinciato per lo scarico, solitamente in un rimorchio a gabbia. Le potenze in gioco vanno da 10-15 kW a 25-30 kW, con capacità di lavoro comprese tra i 4-6 m3/h e i 10-15 m3/h.

Al ricevimento presso gli impianti, tutti questi materiali vengono sottoposti a pesatura. Su quelli provenienti dalla raccolta differenziata dell’organico, del verde e dei fanghi, vengono prelevati dei campioni per essere sottoposti ad analisi. L’organico viene momentaneamente stivato in locali chiusi dotati di impianto di aspirazione. Il verde, dopo essere stato classificato, se non ancora trinciato o se l’operazione già eventualmente avvenuta in campo non ha fornito un prodotto adeguato, viene avviato alla triturazione, effettuata con biotrituratori sfibratori, fissi o semoventi, dotati di apparato di trinciatura a martelli, con capacità di lavoro anche superiore ai 50 m3/h.

Tutto il materiale conferito e opportunamente trattato (verde trinciato e sfibrato, fanghi, organico, ecc…), deve essere sottoposto a miscelazione e omogeneizzazione in quote definite dalla necessità di ottenere la corretta composizione strutturale e il giusto rapporto C/N. Questa operazione viene eseguita da miscelatori di elevata capacità di lavoro (80-100 m3/h).

Gli impianti di trasformazione del substrato così ottenuto possono essere a cielo aperto, oppure chiusi (bioreattori). Nel primo caso il processo di compostaggio avviene interamente in cumuli all’aperto. Durante il processo vengono eseguiti rivoltamenti con pale o con rivoltatori meccanici. Questi sono dotati di coclea rotante a bassi regimi e possono essere di tipo semovente o trainato. I primi sono azionati da motore proprio con potenza anche superiore a 150 kW; hanno una larghezza operativa che supera anche i 3 metri e un’altezza di lavoro sino a 2 metri, potendo raggiungere capacità operative anche superiori a 100 m3/h. Nei modelli trainati si riducono le dimensioni operative e la capacità di lavoro non supera i 500 m3/h. La frequenza del rivoltamento varia a seconda delle condizioni ma, in ogni caso, è maggiore nella fase iniziale (anche giornaliera). La bagnatura dipende dall’umidità.

Nei bioreattori, più evoluti nella tecnologia, il processo ha un controllo maggiore dei parametri che lo governano (temperatura, umidità e arieggiamento). Possono essere costituiti da un cilindro rotante su asse orizzontale o da vasche fisse. Nelle vasche il substrato viene rivoltato mediamente ogni due giorni, con interventi di bagnatura e di insufflazione dell’aria a seconda delle necessità. La permanenza nel bioreattore è relativamente breve e generalmente dura 15-20 giorni, dopo i quali il compost viene trasferito in un capannone di maturazione previa raffinazione grossolana eseguita con appositi vagli. Nel capannone il compost subisce ulteriori rivoltamenti. Terminato il periodo di maturazione, si procede alla raffinazione del compost con vagli di tipo rotativo aventi una griglia sottile. Il processo si chiude con un’ulteriore ripulita eseguita con macchine separatrici di inerti e con un ultimo passaggio sotto un magnete per l’allontanamento di eventuali particelle metalliche.

di Pietro Piccarolo

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