Evoluzione della sostanza organica disciolta (DOM) in rifiuti urbani a diverso grado di stabilità biologica in reattori di discarica di laboratorio: approccio quali-quantitativo

La discarica è il sistema di smaltimento dei rifiuti urbani più utilizzato al mondo. Tuttavia essa determina numerosi impatti ambientali, tra i quali l’emissione di gas serra, odori e produzione di percolato, determinati dalla biodegradazione della sostanza organica. Il processo di biostabilizzazione permette di ridurre il contenuto di sostanza organica totale e di modificarne la qualità aumentandone la stabilità biologica prima della messa in discarica del rifiuto.
La frazione organica solubile della sostanza organica (DOM) è un utile indicatore del grado di stabilità biologica di una biomassa poiché costituisce il substrato prontamente disponibile per il metabolismo microbico. Si definisce DOM la frazione solubile in acqua che passa per un filtro di 0.45 μm di porosità, chimicamente eterogenea, suddivisibile in frazioni con diversa funzionalità e composizione (frazione idrofila, idrofoba e idrofoba neutra). Numerosi lavori illustrano l’evoluzione quali-quantitativa della DOM nel corso dei processi aerobici allo stato solido, poco è conosciuto riguardo alle sue modificazioni una volta che il rifiuto è stato posto in discarica.
Il presente lavoro fa parte di un più ampio progetto di ricerca riguardante lo studio dell’evoluzione della sostanza organica di RU tal quali e biostabilizzati ed allocati in reattori di discarica simulata di laboratorio. Il progetto ha previsto il campionamento in impianto di scala reale di 1 rifiuto in ingresso (RU), dopo biostabilizzazione (FOS S) e dopo raffinazione (FOS raffinata- FOS R + frazione di inerti- I). Le biomasse sono state poi poste in incubazione in reattori anaerobici di laboratorio costituendo 4 differenti tesi: RU, FOS S, FOS R+I in miscela (FOS R+Imix) e FOS R+I a strati (FOS R+Istr), per un periodo di 1 anno. E' stata studiata l’evoluzione della DOM delle biomasse iniziali e dopo 4 e 8 mesi di incubazione. Da ciascuna biomassa sono state estratte la DOM e le sue frazioni (frazione idrofila-Hi; idrofoba-Ho e idrofoba neutra-NHo). In seguito a estrazione, le frazioni sono state caratterizzate quantitativamente attraverso la determinazione del carbonio organico solubile (DOC) e qualitativamente tramite spettroscopia infrarossa (DRIFT), pirolisi CG_MAS e misure respirometriche (SOUR).
Il contenuto di DOCDOM del RU risultava superiore a quello delle matrici trattate (28.5 g kg ss-1, 18.2 g kg ss-1 e 13.1 g kg ss-1 per RU, FOS S e FOS R+I). L’incubazione nei reattori di discarica determinava per tutte le matrici un’elevata riduzione del DOCDOM (85%), ma in maniera più marcata alla DOCHi (97% per RU e 85% per i trattati) ed al DOCHo (80%) che costituiscono le frazioni prontamente disponibili per i microrganismi. Diverso il comportamento della DOCNHo (lignosimile) che subiva una biodegradazione maggiore per le matrici trattate (98%) e più contenuta per il RU (30%) indicando una maggiore recalcitranza in quest’ultimo caso. Una possibile spiegazione è da ricercarsi nell'effetto del pretrattamento aerobico che sembrerebbe aumentare la biodegradabilità della lignina un volta posta in discarica.
I risultati confermano dopo 8 mesi di incubazione il più elevato contenuto di DOCDOM e di DOCNHo per l’RU rispetto alla FOS S e FOS R+I, mentre risultavano comparabili i DOCHI e i DOC HO di tutte le tesi.
Per meglio comprendere il comportamento della degradazione della DOM nei reattori discarica si è proceduto alla caratterizzazione chimica applicando la spettroscopia infrarossa (DRIFT). Gli spettri delle DOM e delle Hi per tutte le tesi evidenziavano picchi attribuibili a carboidrati e proteine mentre gli spettri delle HO risultavano costituiti principalmente da gruppi carbossilici e da esteri. Infine gli spettri della DOM e della Hi della FOS R+Istr 8 mesi mostravano picchi intensi riconducibili a composti facilmente degradabili non evidenziati nei restanti spettri.
I risultati della pirolisi confermavano la presenza di carboidrati e proteine mentre erano meno rappresentate le molecole lignosimili.
L’analisi respirometrica è stata utilizzata per valutare la biodegradabilità dei campioni. I risultati mostrano una riduzione dei dati respirometrici nel corso del pretrattamento confermando, al termine della biostabilizzazione, l’ottenimento di un prodotto con stabilità biologica maggiore. In seguito ad incubazione, si assisteva ad una progressiva diminuzione della biodegradabilità della DOM nel suo complesso per tutte le tesi. L’analisi del dato delle diverse frazioni mostrava la diminuzione della biodegradabilità della Hi e il progressivo aumento della biodegradabilità della Ho.
Considerando i dati, il contenuto di DOM nelle matrici trattate era inferiore rispetto alla tesi con RU e con un livello di recalcitranza più elevata. I risultati ottenuti confermano l’efficacia della biostabilizzazione nel promuovere la degradazione della sostanza organica anche in seguito alla messa in discarica ottenendo in tempi più brevi condizioni di maggior stabilità biologica e minori impatti.