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Il processo di compostaggio




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IL PROCESSO DI COMPOSTAGGIO



Con il termine compostaggio viene indicata la bio-stabilizzazione in fase solida della sostanza organica fermentescibile. La stabilizzazione avviene in condizioni prevalentemente aerobiche tali da garantire alla matrice in trasformazione il passaggio spontaneo attraverso una fase di auto-riscaldamento, dovuto a reazioni microbiche ossidative. Si tratta essenzialmente dello stesso processo di trasformazione che nellambiente ricorre spesso in contesti aerobici dove si accumula sostanza organica, quali, per esempio, la lettiera dei terreni forestali ovvero i cumuli di letame in maturazione, con la differenza che, nelle applicazioni tecnologiche, esso viene opportunamente incrementato e accelerato.

Il processo converte il substrato di partenza in compost, un ammendante caratterizzato da una frazione umificata simile allhumus, ovvero ad una sostanza organica in lento divenire biologico, che ha l'aspetto di una matrice amorfa di colore bruno, dal forte odore e metastabile, non suscettibile cio di ulteriori repentine trasformazioni biologiche. La struttura definitiva della sostanza umica non conosciuta, ma solitamente vengono distinti tre gruppi sulla base del comportamento chimico: l'umina, gli acidi umici e gli acidi fulvici. Il compost immaturo contiene una quantit di acidi fulvici maggiore rispetto a quella degli acidi umici; questi ultimi vengono prodotti con l'avanzare del processo (Aiken et al., 1985). Pertanto, gli acidi umici possono essere utilizzati come indice di valutazione della maturit del compost, impiegabile in agricoltura come ammendante. Limitatamente a quanto appena descritto, il compostaggio pu essere letto come un processo orientato al prodotto.

Daltra parte, se impiegato allinterno di uno schema integrato di gestione dei rifiuti, il compostaggio pu essere considerato un processo orientato al trattamento-recupero dei rifiuti organici, che rientra nellambito delle biotecnologie ambientali. Si tratta nello specifico di un processo bio-ossidativo aerobico, esotermico, promosso dai microrganismi (definibili biomassa attiva) naturalmente associati alle matrici sottoposte al trattamento; in seguito a tale processo, il substrato organico eterogeneo di partenza (detto biomassa substrato) subisce in tempi ragionevolmente brevi, che variano da alcune settimane ad alcuni mesi, profonde trasformazioni nelle caratteristiche fisico-chimiche e biologiche, che portano ad una parziale mineralizzazione e umificazione, con perdita di putrescibilit (Vallini, 2008).

In generale con il compostaggio si perseguono le seguenti finalit: degradazione di materiali putrescibili; riduzione di volume, peso e umidit delle matrici di partenza; produzione di un materiale finale stabile dal punto di vista biologico, privo di odori sgradevoli, palabile e facilmente maneggiabile; igienizzazione della matrice mediante disattivazione degli agenti patogeni e dei semi infestanti che possono essere associati ai substrati sottoposti al trattamento; biorisanamento da sostanze pericolose o tossiche per il suolo, tramite linglobamento del contaminante allinterno della sostanza umificata.

1.1.1. Le fasi del processo

La parola compostaggio deriva dal latino compositum (composito) e sottolinea la natura eterogenea della materia organica sottoposta al processo di bio-degradazione aerobica. I maggiori composti presenti in essa possono essere suddivisi in carboidrati, proteine, grassi, cellulosa, emicellulosa, lignina e minerali. I primi tre gruppi di sostanza organica sono molto suscettibili alla degradazione e includono composti come zuccheri, amidi, pectine, amminoacidi, acidi nucleici e talvolta lipidi; lemicellulosa, le cellulose e le lignine sono molto resistenti alla decomposizione, cos come alcune sostanze grasse; i minerali, infine, restano fondamentalmente inalterati dal processo.

Si possono distinguere essenzialmente due fasi che caratterizzano il processo di compostaggio: la prima, pi intensa, viene definita trasformazione attiva (Active Composting Time), mentre la seconda, pi lenta, periodo di finissaggio (Curing Phase). Nella prima fase, hanno luogo rapidi processi di bio- ossidazione e mineralizzazione delle componenti pi facilmente aggredibili della sostanza organica, associati ad unintensa attivit microbica con conseguente produzione di calore, anidride carbonica, acqua, nonch di un residuo organico parzialmente trasformato e stabilizzato. Esaurita la frazione organica facilmente degradabile, ha inizio la seconda fase del processo, in cui la decomposizione continua pi lentamente a discapito delle molecole pi complesse e delle spoglie microbiche. Inoltre si ha una parziale depolimerizzazione e una successiva policondensazione o ri-polimerizzazione dei composti ligno-cellulosici in sostanze umiche e leliminazione dei composti fitotossici, che possono essere presenti nella matrice iniziale o che possono formarsi nella prima fase del processo (Tuomela et al., 2000).

MICRORGANISMI


Umidit


Ossigeno


SOSTANZA ORGANICA

carboidrati proteine grassi emicellulosa cellulose lignine

minerali


CO2 + H2O


Calore


COMPOST

Figura 1: Concetto base del processo di compostaggio (Epstein, 1997)

Nonostante in ambito gestionale venga applicata questa divisione, solitamente il processo di compostaggio viene suddiviso in quattro diverse fasi sulla base della temperatura. Quest'ultima risulta essere un ottimo indicatore di processo poich la matrice in trasformazione ha scarsa conducibilit e trattiene il calore prodotto dallattivit microbica ossidativa (Gray et al., 1971). Le variazioni di temperatura, pertanto, riflettono i cambiamenti che avvengono nel tasso e nel tipo di decomposizione durante il processo di compostaggio (Vallini, 1995a).

Nella prima fase, detta fase mesofila di latenza, solitamente la temperatura vicina alla temperatura ambiente e il pH basso. Questa fase pu protrarsi da poche ore ad alcuni giorni durante i quali la matrice iniziale invasa dai microrganismi, soprattutto lieviti e batteri che, essendo decompositori veloci, attaccano i composti facilmente degradabili caratterizzati da basso peso molecolare e semplice struttura chimica, e promuovono reazioni esoergoniche. Solitamente sono presenti anche batteri lattici, il cui incremento causa un calo di pH a livelli acidi.

Nonostante il numero di organismi mesofili nel substrato di partenza sia di tre ordini di grandezza superiore al numero di organismi termofili (Insam e De Bertoldi, 2007), l'attivit dei decompositori primari innesca un aumento della temperatura che d luogo alla fase termofila o di stabilizzazione. In questa fase, di durata variabile da alcuni giorni a diverse settimane, il pH raggiunge valori alcalini, le temperature possono arrivare a superare anche i 65C, favorendo lo sviluppo di batteri del genere Bacillus, Thermus e Thermoactinomyces (Strom,

1985a; Blanc et al., 1999; Song et al., 2001). Queste specie termofile promuovono la degradazione di proteine, grassi e carboidrati complessi.

Una graduale diminuzione della temperatura, causata dal progressivo esaurimento dei composti facilmente assimilabili, indica linizio della fase di raffreddamento o seconda fase mesofila (De Bertoldi et al., 1983). Le popolazioni microbiche mesofile capaci di degradare sostanze a struttura polimerica o polidispersa come lamido, le cellulose o le lignine, colonizzano il substrato. In particolare, i funghi, attraverso lazione di enzimi eso-cellulari, scompongono queste molecole complesse, rendendo disponibili i costituenti pi piccoli anche alle altre specie microbiche, come i batteri, che terminano la degradazione.

A questa fase segue la fase di maturazione, che pu durare da poche settimane ad alcuni mesi ed caratterizzata dai processi di umificazione. Infatti, i composti intermedi, originati dalle sostanze complesse non completamente degradate, subiscono delle trasformazioni per azione combinata dei microrganismi e delle reazioni chimico-fisiche, che portano alla formazione della sostanza umica (Tuomela et al., 2000). Solitamente partecipano attivamente a questo processo i microfunghi. In questa fase aumenta anche la densit degli attinobatteri, che impartiscono alla matrice un piacevole odore di sottobosco.



1.1.2. Parametri che influenzano il processo

Durante il processo di compostaggio, si succedono diverse comunit microbiche, ciascuna con le proprie caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche (Crowford, 1983). Tutti i fattori che influenzano lattivit e la crescita della microflora sono quelli che determinano landamento e lefficacia del processo di stabilizzazione dei materiali organici di partenza. Questi fattori comprendono sia parametri strettamente correlati con la matrice trattata, come la concentrazione e il rapporto dei nutrienti del substrato, la dimensione e le propriet fisico-meccaniche delle particelle, lumidit e il pH, sia condizioni ambientali quali la temperatura, la concentrazione di ossigeno e l'aerazione.

Al fine di ottenere il compost in tempi ragionevolmente brevi, necessario individuare e ottimizzare, in ogni fase del processo, tutti i fattori che limitano lo sviluppo dei microrganismi.

1.1.2.1. Concentrazione di ossigeno e aerazione

Durante i primi giorni del processo, le componenti pi facilmente degradabili della biomassa substrato sono rapidamente metabolizzate. Il bisogno di ossigeno e, di conseguenza, la produzione di calore sono perci decisamente maggiori nei primi stadi della bio-stabilizzazione, mentre decrescono con levolversi del processo. Per una gestione ottimale del processo di compostaggio, la concentrazione di ossigeno nella matrice deve essere maggiore del 10%. Concentrazioni di ossigeno fino al 5% sono tollerate dai microrganismi aerobi, che per crescono molto lentamente, mentre in condizioni anaerobiche si ha un declino del tasso di decomposizione (Tiquia et al., 1996). In questultimo caso, la flora microbica anaerobica prende il sopravvento e genera un accumulo di composti ridotti come ammoniaca, mercaptani, acidi grassi volatili, acido solfidrico, ecc., caratterizzati da un odore decisamente aggressivo e da unelevata fitotossicit. Alcuni dei suddetti composti intermedi si formano anche in condizioni aerobiche, ma vengono rapidamente degradati dallossigeno.

Laerazione della matrice organica in corso di stabilizzazione permette inoltre di dissipare il calore in eccesso, di eliminare il vapore acqueo e di allontanare gli altri gas caldi intrappolati nellatmosfera interna al substrato. La richiesta di aerazione allo scopo di dissipare il calore pari a circa dieci volte quella necessaria per il processo. Pertanto, la gestione degli interventi di aerazione data dal fattore temperatura.

1.1.2.2. Temperatura

La temperatura un parametro spia che indica il passaggio da una fase del processo di compostaggio alla successiva.

Allinizio del processo, il substrato manifesta una crescita graduale della temperatura dovuta allattivit microbica. Qualora il calore prodotto dalle reazioni ossidative non venga correttamente dissipato, la temperatura si innalza in maniera esponenziale fino a raggiungere e superare i 70C (Vallini, 1995b). Si ipotizza che tale innalzamento non sia causato solo dallattivit microbica, ma anche dalleffetto delle reazioni esotermiche abiotiche, in cui potrebbero essere coinvolti gli enzimi termo-tolleranti degli attinobatteri (Insam e De Bertoldi, 2007). Infatti, la sostanza organica a temperature cos elevate va incontro a unauto- pastorizzazione e il processo di compostaggio si arresta fino a quando non si instaurano nuovamente le condizioni favorevoli per la crescita dei microrganismi sopravvissuti. Questi passaggi possono ripetersi innumerevoli volte, aumentando i tempi di processo.

Ai fini di una gestione ottimale del processo, necessario monitorare la temperatura e attivare i sistemi di aerazione quando questa si avvicina ai 60C, in modo da accelerare la perdita di calore. Cos facendo, durante la fase di compostaggio attivo la temperatura non superer mai i 70C ed il processo si svolger in tempi pi ristretti. Raggiungere temperature intorno a 70C, molto utile per il compostaggio finalizzato al prodotto, poich una garanzia dell'avvenuta igienizzazione del substrato; le elevate temperature e la presenza di una flora dominata da attinobatteri che producono abbondanti quantit di antibiotici, causano la morte della maggior parte dei microrganismi mesofili, ivi compresi eventuali organismi patogeni, come enterobatteri o virus (Barazzetta,

1987), e la distruzione dei semi di piante infestanti e delle larve di insetti. Nel compostaggio finalizzato al processo, lasetticit del prodotto irrilevante e il compostaggio si svolge tutto nellambito della mesofilia (10-45C).

Una volta che i composti pi facilmente degradabili sono stati trasformati e permangono solo quelli pi refrattari allattacco dei microrganismi, lattivit biologica diminuisce e di conseguenza inizia un graduale declino della temperatura fino ad una stabilizzazione intorno alla temperatura ambiente.

Figura 2: Rappresentazione del processo di compostaggio attraverso la variazione delle popolazioni microbiche e del pH in ragione della dinamica della temperatura (Vallini, 2008)

1.1.2.3. Umidit

Le reazioni biologiche possono attuarsi solo in presenza di un grado di umidit tale da garantire le condizioni di vita per i microrganismi. Tali condizioni sono assicurate dalla presenza di un film dacqua sulla superficie delle particelle costituenti la matrice in cui avvengono le reazioni chimiche, la diffusione ed il trasporto dei nutrienti e degli enzimi.


In condizioni di umidit inferiori al 30-35%, le molecole organiche sono difficilmente solubilizzate in acqua e i microrganismi non possono utilizzarle come fonte di nutrimento; ne consegue un rallentamento dellattivit microbica, fino alla completa inibizione per valori di umidit inferiori al 15%. Daltra parte, in una matrice che presenta valori di umidit superiore al 65%, lacqua espelle laria dalla maggior parte degli spazi interstiziali tra le particelle della matrice organica, favorendo la formazione di ambienti anossici e la lisciviazione dei nutrienti; in queste condizioni, il tasso di decomposizione decresce e i problemi di odori aumentano (Golueke, 1991; Haug, 1993).

Per la buona riuscita del processo, i materiali avviati a compostaggio dovrebbero avere un contenuto di umidit compreso tra il 55% e il 65%, ma siccome col procedere del compostaggio lumidit del substrato diminuisce per evaporazione, preferibile che il contenuto dacqua del materiale di partenza si aggiri intorno al 60-63% (Vallini, 2008). Uneccessiva disidratazione pu portare ad interpretare erroneamente il declino dellattivit microbica come segno di avvenuta stabilizzazione, mentre il materiale cos ottenuto stabilizzato solo dal punto di vista fisico; se questo materiale fosse nuovamente umidificato, riprenderebbe la degradazione microbica, recando gravi danni alle colture cui stato somministrato.

1.1.2.4. Concentrazione e rapporto dei nutrienti del substrato

I microrganismi richiedono per la loro crescita una fonte di carbonio (C), di azoto (N), di fosforo (P), di potassio (K) e di altri micronutrienti in tracce. La maggior parte delle sostanze organiche destinate a compostaggio contengono questi elementi (Golueke, 1991).

Il carbonio fondamentalmente utilizzato nel metabolismo microbico come fonte di energia e solo una piccola parte incorporata nelle cellule dei microrganismi. Lazoto un costituente delle proteine, degli acidi nucleici, degli aminoacidi, degli enzimi e dei co-enzimi necessari per la crescita e il funzionamento delle cellule microbiche. Se durante il compostaggio lazoto carente, il processo di degradazione proseguir lentamente, mentre se si manifesta un eccesso di azoto, questo rilasciato dal sistema sottoforma di ammoniaca (Golueke, 1991), che causa emissioni problematiche da un punto di vista olfattivo. L'ammonificazione un processo favorito da temperature elevate e pH alcalini; queste condizioni, insieme alla carenza di carbonio disponibile, sono presenti nella fase termofila del compostaggio.

Il rapporto C/N ideale della matrice da avviare a compostaggio compreso tra 25 e 40, in funzione del substrato utilizzato, in quanto i vari composti carboniosi hanno gradi di suscettibilit allattacco microbico differenti (Golueke,

1991; Squartini, 2004). Per esempio, i sarmenti di potatura, in cui la cellulosa legata alla lignina, sono pi refrattari alla degradazione rispetto alla paglia che ha una composizione prevalentemente cellulosica.




1.1.2.5. Propriet fisico-meccaniche del substrato

Le propriet fisiche dei materiali come la pezzatura, la forma e la resistenza meccanica sono correlate alle propriet fisico-meccaniche del substrato quali la porosit, la struttura, la tessitura e la dimensione delle particelle. Dette propriet condizionano pertanto il processo di compostaggio attraverso linfluenza esercitata sullaerazione.

La porosit indica il rapporto tra spazi pieni e spazi vuoti della matrice, definita sia dalla dimensione delle particelle, che dalla continuit degli interstizi tra queste e determina la resistenza alla circolazione dell'aria. La struttura, invece, indica la rigidit delle particelle, cio la resistenza delle stesse a collassare e compattarsi; infine, la tessitura descrive l'area superficiale del substrato disponibile per l'attivit microbica aerobica. Queste propriet possono essere corrette per mezzo di operazioni di triturazione e sminuzzamento dei substrati di partenza o mediante la miscelazione di questi con matrici definite agenti di supporto (bulking agents).

Una particella costituente la matrice caratterizzata, dallinterno verso lesterno, da un nucleo anossico, uno strato intermedio microaerofilo e uno strato aerobico ricoperto da un film dacqua; infatti lossigeno si diffonde facilmente attraverso gli spazi vuoti delimitati dalle particelle, ma molto pi lentamente attraverso la fase liquida o i materiali solidi.


I microrganismi si presentano all'interfaccia tra la fase liquida e quella gassosa; si avr quindi una quantit maggiore di zone in decomposizione aerobica quando l'estensione dell'area superficiale maggiore rispetto al volume, cio con particelle di piccole dimensioni. Particelle troppo piccole per rischiano di compromettere laerazione del substrato, favorita da particelle grandi e uniformi e da un buon grado di struttura. quindi necessario trovare un compromesso: diversi studi hanno riportato risultati soddisfacenti con particelle della matrice sottoposta a compostaggio di diametro medio che oscilla tra 0,5 e 5 cm (Vallini, 1995b).

1.1.2.6. pH

Il pH non un fattore che influenza molto la matrice avviata a compostaggio poich questa ha un'elevata capacit tampone. Inoltre, l'ampio spettro di microrganismi coinvolti nel processo fa s che non sia indispensabile un particolare valore di pH.

Allinizio del compostaggio la frazione organica leggermente acida (pH compreso tra 5 e 7); la degradazione dei composti facilmente assimilabili porta alla formazione di acidi organici, che causano unacidificazione del substrato intorno a valori di pH di 4-5 (Crawford, 1983). Durante la fase termofila, i microrganismi iniziano a degradare le proteine, liberando ammoniaca;

+

 
questultima reagisce con l'acqua e d luogo a ioni ammonio ( 𝑁𝑁𝑁�4 ) e ioni idrossile (𝑂𝑂𝑁�), con conseguente alcalinizzazione dellambiente fino a valori di

pH di 8.5. Nella fase di finissaggio, il pH torna a scendere intorno a valori leggermente basici, circa 7.5, a causa dellattivit dei batteri nitrificanti che trasformano, in sequenza, l'ammonio in acido nitroso e nitrico (Crawford, 1983).

Il pH diviene un fattore importante in matrici che presentano un elevato contenuto di azoto, poich, come accennato precedentemente, valori di pH superiori a 8.5 favoriscono la conversione dei composti azotati in ammoniaca e la sua volatilizzazione, contribuendo alla formazione di emissioni sgradevoli all'olfatto. utile allora miscelare il substrato con matrici acidificanti come i residui vegetali freschi.


1.1.3. Tipologie impiantistiche per il controllo del processo

I metodi tecnologici di compostaggio applicabili alla bio-stabilizzazione dei rifiuti organici sono molto numerosi. La scelta del metodo da adottare dipende da molti fattori come la tipologia delle matrici organiche da trattare, la quantit di rifiuto da stabilizzare, ma anche dallentit dellinvestimento stanziato per le strutture impiantistiche.

Essendo il compostaggio una bio-stabilizzazione aerobica della sostanza organica, il requisito fondamentale per ottenere rapidamente compost la presenza di ossigeno nelle matrici in trasformazione a livelli compatibili con le specie microbiche con metabolismo ossidativo. Ne consegue che il metodo di compostaggio adottato determina il modo attraverso il quale la suddetta esigenza soddisfatta, e finisce per condizionare altri aspetti del processo come il controllo della temperatura, la movimentazione del materiale in trasformazione, il controllo delle emissioni maleodoranti ed il tempo di stabilizzazione.

Le diverse soluzioni tecnologiche per attuare il compostaggio possono essere raggruppate in due categorie impiantistiche:

Sistemi aperti (open system) dove le matrici avviate a compostaggio non sono confinate in alcun tipo di contenitore; un esempio il compostaggio in cumuli periodicamente rivoltati (windrow composting) o il compostaggio in cumuli statici ad aerazione forzata (aerated static pile composting).

Sistemi chiusi (in-vessel system) dove la sostanza organica immessa allinterno di veri e propri bioreattori, tra cui ricordiamo i cilindri rotanti, i silos, le biocelle e le trincee dinamiche aerate.

1.1.4. Evoluzione e ruolo delle popolazioni microbiche alla base del processo

I microrganismi sono i protagonisti invisibili delle principali trasformazioni di materia ed energia durante il processo di compostaggio; essi degradano la sostanza organica al fine di ricavarne energia e carbonio per la biosintesi di nuove cellule. La principale e pi efficace via dattivit metabolica nellecosistema in compostaggio la respirazione aerobica, anche se allinterno della matrice si formano delle nicchie anossiche in cui si sviluppano microrganismi che attuano la respirazione anaerobica e la fermentazione.

Una chiara comprensione dellecologia microbica fornisce la migliore base per lo sviluppo di strategie di controllo del processo, caratterizzato dal mutare continuo delle condizioni ambientali e trofiche del substrato. Requisito fondamentale per il successo del compostaggio la presenza di unampia rassegna di popolazioni microbiche, che si sviluppano di volta in volta in risposta alle differenti caratteristiche fisico-chimiche della matrice in trasformazione.

I principali gruppi di microrganismi coinvolti sono i batteri, inclusi gli attinobatteri, e i funghi (Golueke, 1991). Sebbene il numero totale di microrganismi non cambi significativamente durante il compostaggio, la diversit microbica varia molto durante le fasi del processo (Atkinson et al., 1996a).

Allinizio del compostaggio predominano i batteri mesofili, tra cui i Lactobacillus (Ryckeboer et al., 2003) e i lieviti. Quando la temperatura inizia ad aumentare, fino a circa 40C, si sviluppano funghi termofili appartenenti ai Pezizomycota e agli Zygomycota (Fergus, 1964), ma soprattutto divengono abbondanti i batteri termofili come Bacillus (Blanc et al., 1997), Thermus (Beffa et al., 1996) e molti dei batteri appartenenti agli Actinobacteria (Fergus, 1964). Nel momento in cui la temperatura supera i 65C, lattivit microbica decresce in maniera drastica e spesso domina B. stearothermophilus quasi come in coltura pura (Insam e De Bertoldi, 2007). Lattivit riprende con il raffreddamento del compost, che viene popolato da attinobatteri, da funghi appartenenti ai Basidiomycota (Von Klopotek,1962) e da batteri mesofili.

1.1.4.1. Batteri

I batteri sono organismi unicellulari privi di nucleo e di dimensioni che oscillano da 0,5 m a 3,0 m. A causa della loro piccola taglia, hanno un rapporto superficie/volume molto elevato, che favorisce rapidi trasferimenti di molecole solubili nella cellula; dispongono inoltre di una variegata dotazione di enzimi necessari per la degradazione di numerosi composti, ed possibile riscontrare la crescita di gruppi specializzati di batteri a qualsiasi valore di pH. Di conseguenza, i batteri costituiscono la comunit microbica pi numerosa di una matrice in compostaggio.

Da compost di diversa tipologia stata isolata unampia gamma di batteri, tra i quali delle specie di Pseudomonas, Klebsiella e Bacillus (Nakasaki et al.,

1985; Strom, 1985a).

I batteri sono, di norma, decompositori veloci in grado di utilizzare rapidamente le sostanze pi degradabili; sono perci i protagonisti della fase iniziale del processo e, se le temperature non superano i 60C, pi del 40% dei composti presenti nella matrice sono degradati nei primi 7 giorni, quasi tutti mediante attivit batterica (Strom, 1985b).



I batteri sono anche i principali responsabili della generazione di calore che porta allavvento della fase termofila, dove la scena dominata da rappresentanti dei generi Thermus e Bacillus, tra cui B .licheniformis, B. subtilis, B. coagulans, B. stearothermophilus e B. sphaericus (Strom, 1985a). Oltre i 60C, alcuni di questi batteri termofili sopravvivono formando endospore, le quali, oltre che resistere al calore, sono in grado di superare lunghi periodi di mancanza di nutrienti e di disidratazione del substrato.

Una volta ripristinate le condizioni di crescita, i batteri riprendono lo sviluppo e sono attivi nelle reazioni di degradazione dei prodotti intermedi del metabolismo fungino. In questa fase, possibile che pure i batteri anaerobi giochino un ruolo significativo. Atkinson et al. (1996b) hanno infatti stimato che almeno l1% di tutti i batteri trovati nel compost da RSU erano anaerobi, e di questi la maggior parte erano cellulosolitici, in grado cio di degradare le macromolecole presenti nel substrato.

In questultima fase di raffreddamento, sinstaurano le condizioni compatibili con la crescita di uno speciale gruppo di batteri chemolitotrofi: i batteri nitrificanti. Questi svolgono un ruolo chiave nellambito del processo di compostaggio, poich trasformano lazoto ammoniacale, liberatosi nei processi di degradazione a carico delle proteine, in azoto nitrico. Il processo, definito nitrificazione autotrofa, si divide in due stadi: prima lammoniaca ossidata a nitrito per mezzo dei batteri nitrosanti come Nitrosomonas, e successivamente il nitrito prodotto ossidato a nitrato dai batteri nitricanti come Nitrobacter.



Nitrosomonas Nitrobacter

2

 
NH3 NO


NO


3

 
Figura 3: Schema del processo di nitrificazione

1.1.4.2. Attinobatteri

Gli attinobatteri rappresentano una particolare suddivisione di batteri, caratterizzati da crescita di tipo filamentoso dovuta alla formazione di pseudo- micelio. In passato questo gruppo di microrganismi era conosciuto come Attinomiceti; il nome dellintero gruppo stato modificato per enfatizzare che non si tratta di funghi, ma di batteri Gram-positivi, in quanto privi di un nucleo definito e di chitina nella parete cellulare.

Questi microrganismi si presentano durante la fase termofila e nelle fasi di raffreddamento e maturazione del compostaggio; occasionalmente possono essere cos numerosi da essere visibili sulla superficie del compost (Tuomela et al., 2000). Molti attinobatteri possono essere termo-tolleranti o addirittura termofili, come Nocardia, Streptomyces, Thermoactinomyces e Micromonospora (Waksman et al., 1939; Strom, 1985b), e in condizioni avverse sopravvivono mediante la formazione di spore.

accettato che gli attinobatteri, pur non essendo efficienti come i funghi, giochino un ruolo significativo nella degradazione di composti recalcitranti relativamente complessi (Goodfellow e Williams, 1983), come proteine, emicellulose, cellulosa, chitina e lignina, contribuendo alla formazione di sostanze umiche ed alla completa maturazione del substrato. Tra gli attinobatteri che degradano la lignina (Pasti et al., 1990), si possono distinguere: gli erosion bacteria, che degradano i polisaccaridi del legno provocando lo sgretolamento della parete fibrosa, e i tunnelling bacteria, che crescono all'interno della parete cellulare e sono gli effettivi degradatori di cellulosa, emicellulosa e lignina (Tuomela et al., 2000).


1.1.4.3. Funghi

I funghi sono microrganismi eucarioti che comprendono, oltre alle cosiddette muffe (eumiceti filamentosi) anche i lieviti. Quest'ultimi necessitano di elevata umidit e prosperano sui composti facilmente assimilabili presenti all'inizio del processo, rivestendo un ruolo del tutto marginale nell'ambito del compostaggio.

I funghi filamentosi sono per la maggior parte microrganismi aerobi obbligati, che prediligono ambienti acidi, ma tollerano intervalli di pH molto ampi, e sono poco sensibili alla disidratazione. Solitamente necessitano di livelli abbastanza elevati di azoto per la crescita, ma alcuni funghi sono capaci di attaccare i residui organici che per basso contenuto di azoto non sono utilizzati dai batteri. Le muffe, infine, hanno una bassa termo-tolleranza, con un range di temperature ottimali per la crescita di 25-30C. Esistono tuttavia funghi termofili e termo-tolleranti, le cui temperature ottimali di crescita sono comprese tra 40C e 50C e la loro temperatura limite, secondo Cooney ed Emerson (1964), di 60C.

Durante lo stadio mesofilo del compostaggio, i funghi filamentosi competono con i batteri per i composti facilmente assimilabili; dato che i massimi tassi di crescita specifica dei batteri superano quelli dei funghi di un ordine di grandezza (Griffin, 1985), i batteri si sviluppano maggiormente e prevalgono sugli altri microrganismi. Tra i funghi stata comunque rilevata un'abbondante presenza di Geotrichum sp. (Von Klopotek, 1962; Nusbaumer et al., 1996) e del fungo termo-tollerante Aspergillus fumigatus (Strom, 1985a; Von Klopotek,

1962).

Con l'aumento della temperatura l'attivit microbica fungina decresce, finch a 64C tutti i funghi termofili scompaiono. Quando la temperatura torna sotto i 60C sia i funghi mesofili che quelli termofili tornano a popolare il compost (Von Klopotek, 1962); questi microrganismi appartengono principalmente alla classe dei Deuteromycetes, tra cui i pi rilevanti sono Aspergillus sp. (Nusbaumer et al., 1996) e Thermomyces lanuginosus (Von Klopotek, 1962), ma sono presenti anche funghi appartenenti agli Ascomycota, agli Zigomycota e ai Basidiomycota.


La maggior parte dei funghi termofili e dei funghi termo-tolleranti hanno attivit cellulosolitica o ligninolitica. Secondo Tomati et al. (1995), il 70% della lignina degradato nei 35 giorni in cui la temperatura del compost intorno a 50C. Questa analisi conferma lo studio di Waksman et al. (1939) in cui si osserva che la temperatura ottimale per la degradazione della lignina nel compost di

50C, mentre solo una quantit trascurabile di lignina degradata nella fase di finissaggio e nel compost maturo, seppure siano presenti microrganismi come Coprinus sp. (Von Klopotek, 1962; Nusbaumer et al., 1996), Panaeolus sp., Corticium coronilla e Mycena sp. (Von Klopotek, 1962), tutti appartenenti alla sottoclasse dei Basidiomycotina, che sono i maggiori degradatori di lignina.

In generale, nell'economia complessiva del processo di compostaggio, i funghi operano un'azione fondamentale in quanto, mediante il rilascio di esoenzimi, degradano molti polimeri complessi di origine vegetale altrimenti resistenti all'attacco microbico. In questo modo, i funghi rendono disponibili i metaboliti intermedi ai batteri, che provvedono all'ulteriore trasformazione dei metaboliti stessi, e insieme contribuiscono alla formazione delle sostanze umiche.

1.1.4.4. Protozoi e macrofauna

I protozoi sono organismi unicellulari che, insieme agli organismi pi complessi quali rotiferi, acari, insetti, molluschi ed altri invertebrati, crescono a spese della microflora vivente (batteri e funghi) sui materiali organici biostabilizzati. Tali organismi sono presenti anche nel suolo, e la loro massiccia presenza spesso associata a suoli ricchi di sostanza organica, nutrienti e biodiversit, in sintesi, suoli fertili (Nuti et al., 2010). Pur avendo un ruolo marginale, questa comunit contribuisce al processo di definitiva maturazione ed umificazione del substrato sottoposto a compostaggio, incrementando le caratteristiche finali del compost ottenuto, ivi comprese le qualit soppressive nei confronti di determinati funghi fitopatogeni radicicoli (ANPA & ONR, 2002).

Nellambito della macrofauna, i vermi terricoli quali Eisenia foetida, Lumbricus rubellus e Lumbricus terrestris, sono gli organismi che probabilmente esercitano il ruolo positivo pi importante. Lutilizzo di questi organismi allinterno del processo detto vermicompostaggio, ma limitato al trattamento di particolari rifiuti organici e in luoghi in cui il fattore tempo e la disponibilit di spazio non costituiscono elementi limitanti.

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