I parametri importanti da considerare
L’ottimizzazione del processo e quindi dell’attività dei microrganismi è dipendente dai seguenti fattori:
rapporto Carbonio/Azoto
grado di ossigenazione
caratteristiche fisiche (porosità del materiale)
grado di umidità
temperatura
pH.
Rapporto C/N
Carbonio, azoto, fosforo e potassio costituiscono le principali fonti di energia per i microrganismi e costituiscono il pool di nutrienti che rende più o meno elevato il valore agronomico di un compost.
La stabilizzazione del materiale in via di compostaggio dipende fondamentalmente dalla quantità di carbonio e azoto della biomassa: in generale l’attività microbica richiede una quantità di carbonio circa 20 volte superiore a quella di azoto. Con rapporti C/N inferiori a 20, il carbonio è totalmente utilizzato senza che venga stabilizzato tutto l’azoto presente; di contro, rapporti C/N maggiori di 40 richiedono tempi di compostaggio lunghi a causa dell’eccesso di carbonio.
L’incorporazione dell’azoto in nuovo materiale cellulare avviene soltanto se è disponibile un’adeguata quantità di carbonio, in caso contrario la mineralizzazione dei composti organici azotati porta al rilascio finale di ammoniaca. Essa può convertirsi in ammonio a seconda del pH del materiale: condizioni acide portano alla formazione di ione ammonio, mentre condizioni alcaline alla presenza di ammoniaca. Inoltre le temperature elevate contribuiscono alla formazione di ammoniaca la quale, essendo molto volatile, durante la fase termofila, può generare problemi dovuti alla dispersione di azoto in atmosfera
Per ottimizzare il rapporto C/N della miscela iniziale è spesso necessario miscelare biomasse di natura diversa.
Grado di ossigenazione della massa
Il processo di compostaggio richiede e consuma ossigeno in proporzione diretta all’attività microbica: la prima fase di decomposizione è caratterizzata da una richiesta molto elevata che va diminuendo con l’avanzare del processo verso la fase di maturazione.
Per una gestione ottimale del processo, dovrebbero essere garantite concentrazioni di ossigeno non inferiori al 10%.
Se non è presente una buona ossigenazione, prendono il sopravvento microrganismi anaerobi che portano alla produzione di composti maleodoranti e fitotossici.
Per ottimizzare l’ossigenazione della massa è necessario garantire una buona porosità del substrato ed intervenire meccanicamente arieggiando la massa soprattutto nella prima fase termofila. L’aerazione del substrato permette di dissipare calore, eliminare il vapor acqueo e allontanare vari gas presenti all’interno del substrato.
E’ da tener presente comunque che il processo di compostaggio è sì ossidativo, ma non deve portare alla totale mineralizzazione della sostanza organica bensì alla stabilizzazione ed umificazione dei materiali di partenza:l’adeguata composizione della miscela iniziale ed il ricorso a periodici rivoltamenti garantiscono un ottimale scambio con l’ossigeno atmosferico.
Caratteristiche fisiche
La porosità del substrato (misura degli spazi vuoti all’interno della biomassa) determina il mantenimento dell’ottimale grado di ossigenazione della massa in compostaggio.
I fattori che influenzano la porosità sono principalmente la pezzatura e forma del materiale, il grado di umidità della massa e la forma del cumulo.
Particelle più grandi e uniformi incrementano la porosità, ma al diminuire della dimensione delle particelle corrisponde un più elevato tasso di degradazione aerobica ad opera dei microrganismi: è necessario quindi trovare un compromesso che porti ad una situazione di equilibrio tra attività microbica e compattamento del cumulo.
In linea generale, risultati soddisfacenti si ottengono utilizzando materiali triturati con particelle di diametro medio compreso tra 0.5 e 5 cm.
Umidità
L’acqua è il mezzo nel quale avvengono le reazioni chimiche, la diffusione ed il trasporto degli elementi nutritivi, il movimento dei microrganismi.
I materiali avviati al compostaggio dovrebbero essere caratterizzati da un contenuto di umidità compreso tra il 55% ed il 65%.
Il processo, soprattutto nella prima fase, genera calore e causa un’elevata evaporazione: è necessario quindi che il contenuto in acqua di partenza sia più elevato e che l’umidità persa venga reintegrata umidificando il prodotto.
Nel caso si vogliano compostare substrati ad alto tasso di umidità (>80%) è necessario effettuare una miscelazione con materiali dall’ elevata componente in fibra e sostanza secca.
Per tutto il corso del processo di compostaggio, compresa la fase di maturazione e finissaggio, è importante che l’umidità si mantenga al di sopra dei limiti compatibili con l’evoluzione delle reazioni biologiche; pena la produzione di un substrato non stabilizzato da un punto di vista biologico.
Temperatura
La temperatura è il principale fattore fisico che fornisce indicazioni valide sull’andamento del processo di compostaggio in quanto diretto indicatore dell’attività microbica.
L’attività di decomposizione microbica rilascia una grande quantità di energia sotto forma di calore che diffonde nella massa e provoca l’innalzamento della temperatura.
L’evoluzione della temperatura dipende dalla fermentiscibilità e dal potere calorifico delle sostanze sottoposte a compostaggio: la fermentiscibilità del substrato determina la velocità di degradazione e di conseguenza il flusso di calore emesso per unità di tempo e massa.
Le temperature termofile sono importanti affinché avvenga la distruzione dei patogeni presenti nel substrato di partenza.
Dal momento che temperature superiori ai 65°C provocano la morte della maggior parte dei microrganismi, riducendo in tal modo il tasso di decomposizione del substrato, è opportuno monitorare il processo affinché non venga superata tale soglia minima. Tutti i sistemi di aerazione abbassano la temperatura del substrato e permettono di mantenere la temperatura nell’intervallo compatibile con l’attività microbica.
Dalle varie esperienze si può osservare come le temperature varino in funzione della massa in trasformazione, della forma del cumulo, del rapporto volume/superficie, del clima e della presenza di coperture esterne: un cumulo di grandi dimensioni avrà un’inerzia termica maggiore rispetto ad uno piccolo così come d’inverno l’aumento di temperatura sarà inferiore a causa delle temperature esterne che inducono elevate perdite per dissipazione.
pH
Il compostaggio è relativamente poco sensibile al pH dei substrati di partenza, in virtù della grande varietà di microrganismi che intervengono nel processo
Nel materiale in via di stabilizzazione il pH può variare notevolmente col progredire del processo, i valori ottimali sono però compresi tra 6,0 e 8,0.
In generale, i batteri preferiscono un pH vicino alla neutralità e i funghi un ambiente acido.
Il pH è un parametro importante nei substrati caratterizzati da un elevato contenuto in azoto come le deiezioni zootecniche poiché un pH>8,5 facilita la trasformazione dei composti azotati in ammoniaca e quindi un aumento della basicità del composto e delle emissioni gassose in atmosfera.