ITRM20130498A1 - Processo per la valorizzazione dei sotto prodotti, rifiuti, ed effluenti generati dalla produzione dell'olio di oliva - Google Patents

Description

2 DESCRIZIONE

Nel corso degli ultimi anni si è assistito ad una progressiva e significativa diminuzione del prezzo di vendita dell' di oliva in tutti i paesi mediterranei nei quali si accentra la produzione mondiale. Tale diminuzione è dovuta, oltre alla presenza sul mercato di oli edibili di altra origine, alla forte competizione tra Paesi produttori. Alcuni, come ad esempio la Spagna, hanno sviluppato nuove tecnologie di coltivazione dell'olivo raggiungendo elevati standard di meccanizzazione agricola. Altri, come i Paesi nord africani e quelli balcanici, possono sfruttare, nella competizione intemazionale, il vantaggio derivante dai bassi costi della manodopera. In Italia, nel contesto sopra sommariamente descritto, si è registrata, nel corso degli ultimi due decenni, una costante e progressiva diminuzione del numero dei frantoi. Restano in esercizio prevalentemente impianti di più grandi dimensioni, dotati di attrezzature moderne e capaci di produrre olio di oliva ad elevata qualità [GB .Quaglia (2013) Progetti per lo sviluppo della filiera olivicola. La Rivista di Scienza dell'Alimentazione (2) : 27-30].

Come conseguenza del crollo del prezzo dell’olio extra vergine di oliva si è registrata la crisi della filiera produttiva che portava sul mercato oli di inferiore qualità in primis l'olio di sansa. I frantoiani quindi si trovano ad affrontare un ulteriore problema costituito dalla progressiva difficoltà di collocare sul mercato il loro principale sottoprodotto costituito dalle sanse vergini. Questo materiale, che in passato costituiva una pur modesta fonte di reddito, rischia di divenire un rifiuto che si inserisce in un contesto di problematiche ambientali che per i gestori dei frantoi è già estremamente complesso [G. Costagli (2013). La nuova frontiera dei sottoprodotti oleari nel business dell'olio extravergine d'oliva. www.teatronaturale.it/strettamentetecnico/lareaolearia] .

Essendo la presente invenzione indirizzata prevalentemente alla soluzione dei problemi ambientali legati alla produzione industriale dell'olio di oliva, è opportuna una loro preliminare descrizione.

La formulazione di un bilancio di massa complessivo ed accurato dei materiali che entrano ed escono da un frantoio oleario è estremamente complessa data la variabilità dei parametri che lo caratterizzano.

In un frantoio entrano: le olive accompagnate da foglie e ramoscelli; l’acqua necessaria al lavaggio delle drupe ed alla loro lavorazione; l'energia elettrica indispensabile all'alimentazione delle varie utenze ed i combustibili necessari alla produzione di acqua calda. Dallimpianto escono: l'olio; le foglie ed i ramoscelli; la sansa vergine e le acque di vegetazione. La quantità di foglie e ramoscelli che è associata alle olive entranti nel frantoio dipende essenzialmente dal grado di meccanizzazione della loro raccolta che tanto è più spinto quanto più porta alla presenza di materiale estraneo. La quantità di acqua utilizzata dipende essenzialmente dal tipo di sistema di separazione dell'olio dalla pasta ottenuta dalla frangitura delle olive (pressatura tradizionale, separazione centrifuga con decanter operanti a due o tre vie). Anche la capacità e la sensibilità degli operatori del frantoio incide significativamente sulla quantità di acqua utilizzata. Anche la quantità di sanse vergini generata dipende in qualche misura dai tipo di sistema di separazione dell’olio utilizzato e dal "modus operandi" del frantoiano.

Nel formulare un bilancio di massa complessivo del materiale che entra ed esce dal frantoio è necessario ancora ricordare che un ruolo non secondario è associabile alla qualità delle olive frante, dal loro grado di maturazione e dall'andamento stagionale.

Pur in un contesto di così grande variabilità, facendo riferimento a valori medi registrati in un moderno frantoio dotato di sistemi di separazione centrifuga a tre vie (il più largamente diffuso) si può formulare il seguente bilancio di massa: da 100 parti di olive e 35 di acqua in entrata si ottengono in uscita 17 parti di olio, 48 parti di sansa vergine e 70 parti di acque di vegetazione. A questo bilancio vanno associate mediamente 5 parti di foglie e ramoscelli; trascurabili quantità di piccoli sassi e terriccio (dal lavaggio delle olive) e modeste quantità di ceneri (dalla combustione di materiale vegetale che comunemente si impiega per la generazione di acqua calda).

Dall'analisi del generico bilancio di materia sopra riportato sì può evidenziare che, per ogni kg di olio prodotto, vengono mediamente generati più di 7 kg di materiali che, se non adeguatamente valorizzati, possono costituire per il frantoio un gravoso problema ambientale ed economico.

La sansa vergine d'oliva è un materiale paiabile di color bruno con un contenuto di sostanza secca mediamente compreso tra il 40 e il 55%. E' costituito dalle sostanze solide insolubili, imbibite di acque di vegetazione, che formano la drupa. Le sanse vergini sono quindi formate del materiale ligno-cellulosico proveniente dal nocciolo, dalla polpa delle olive e da modeste quantità di olio residuo. Come già accennato in precedenza, le sanse vergini erano destinate ai sansifici, dove, per mezzo di un solvente organico, veniva estratto l'olio residuo destinato al mercato alimentare. Il materiale restante dopo l'estrazione, reso secco dal processo di lavorazione, veniva in parte consumato come biofuel per sostenere i consumi energetici del sansificio stesso ed in parte venduto come combustibile.

Venendo a mancare progressivamente la funzione dei sansifici, i frantoiani stanno tentando vie alternative all'impiego-smaltimento delle sanse vergini. Tali vie sono costituite dall'impiego diretto del materiale come combustibile, [ B. De Gennaro, A. Pantaleo (2011). Valorizzazione energetica di residui e sottoprodotti della filiera olivicola-olearia in Italia. www.agriregionieuropa.univpm.it ] dallo spandimento sul suolo come ammendante dopo sommari processi di compostaggio, dalla digestione anaerobica per la produzione di biogas [Università Politecnica delle Marche (2010). Usi economicamente sostenibili degli scarti e dei sottoprodotti delle lavorazioni elle olive, www.agri.marche.it]. Un metodo che ha registrato negli ultimi anni un certo successo è costituito dalla separazione del materiale lignocellulosico contenuto nelle sanse (denominato "nocciolino") che trova facile collocazione sul mercato come combustibile.

Nessuno dei metodi sopra riportati risolve però alla radice il problema dello smaltimento-valorizzazione delle sanse. Le sanse vergini come combustibile sono caratterizzate infatti da un Potere Calorifico Inferiore modesto per la presenza di un elevato tenore di acqua. Il loro essiccamento in cumulo porta all'instaurarsi di processi di fermentazione anaerobica con conseguente rilascio di cattivi odori e perdita dei materiali. L'essiccamento per spandimento sotto tettoia e frequente rimescolamento per favorire l'essiccazione, oltre a essere costoso, porta a vistose perdite di materiale. Tali perdite sono dovute all'instaurarsi di fenomeni di degradazione microbica aerobica che convertono il carbonio organico non ligno-cellulosico in anidride carbonica.

Il compostaggio delle sanse è risultato un metodo complesso che richiede tempi estremamente lunghi. La complessità deriva dalla necessità di mescolare alle sanse un materiale fibroso (bulking agent) che permetta la permeazione dell' aria all'interno del cumulo. Si è inoltre registrata la frequente necessità di aggiungere adeguate quantità di sostanze azotate per supportare una crescita dei microrganismi sufficiente a raggiungere la fase "termofila" del compostaggio indispensabile per accelerare l'umificazione del materiale. In ogni caso i tempi necessari per l'ottenimento di un compost maturo dalle sanse vergini è sempre risultato superiore ad un anno [E.Bonari et al (2000). Effetti della distribuzione di dosi crescenti di sanse umide sul terreno. Smaltimento e riutilizzo dei reflui di frantoio. ARSIA. Regione Toscana: 30-35].

La digestione anaerobica delle sanse ha evidenziato rese modestissime in biogas e la difficoltà di smaltimento del digestato come ammendante in agricoltura. Anche la produzione del "nocciolino" non può considerarsi una soluzione del problema di una adeguata valorizzazione-smaltimento della sanse. Infatti questo metodo, pur permettendo la produzione di un combustibile di ottima qualità, porta all'ottenimento, come residuo, di un materiale melmoso con tenori di acqua più elevati delle sanse vergini originarie il cui destino finale è tutt'ora incerto.

Tra i materiali residui dalla lavorazione delle olive quelle che costituiscono il più gravoso ed irrisolto problema ambientale sono certamente le acque di vegetazione. Queste sono costituite da un liquido di color bruno scuro con un carico organico inquinante molto elevato corrispondente ad un COD (Chemical Oxygen Demand) frequentemente superiore a 100000 mg/1. Il tenore di sostanza secca ( disciolta, sospesa ed emulsionata ) è normalmente compreso tra il 5 e il 15 %. La composizione chimica delle acque di vegetazione è molto complessa.

[E.G. Calderoni (2007). Sistema per l'estrazione e purificazione di sostanze antiossidanti naturali nelle acque di vegetazione delle olive. "Giornate del dottorato in Scienze e Biotecnologie degli Alimenti". Alma Mater Studiorum. Università di Bologna 29-30 Marzo]. Tentandone una descrizione esemplificativa sono presenti: zuccheri in forma di monosi e poliosi; gliceridi in forma parzialmente emulsionata; polifenoli; proteine; tannini; pectine; cellulosa ed emicellulosa in forma soluta, sospesa e dispersa; sali minerali; etc.

Esulando dallo scopo di descrivere la presente invenzione una più approfondita disamina della composizione chimica delle acque di vegetazione, in questa sede è opportuno evidenziare solamente che i polifenoli presentano spiccate caratteristiche di batteriostaticità e che i tannini sono noti per le loro caratteristiche battericide.

Tutti i tentativi di mettere a punto processi di depurazione delle acque di vegetazione non hanno sino ad oggi portato a risultati concreti. Infatti, i classici trattamenti biologici di depurazione aerobica sono risultati ineficaci a meno di non ricorrere a diluizioni, operativamente irrealizzabili, con altri efluenti più diluiti (ad esempio quelli di origine urbana) in un rapporto almeno uguale a I trattamenti biologici anaerobici tentati come quelli chimico-fisici (sedimentazioni, coagulazioni, precipitazioni, flottazioni, etc.) non hanno consentito di raggiungere risultati operativi sfruttabili [Istituto Superiore di Ricerca e Formazione su materiali per le tecnologie avanzate (2012). Linee di indirizzo per la gestione sostenibile dei residui di frantoio. LIFE 07 INF/IT/438]. Il metodo attualmente più diffuso per lo smaltimento delle acque di vegetazione è costituito dallo spandimelo delle stesse, in quantità strettamente dosate, su suoli destinati alla produzione agricola [E. Bonari, L. Ceccarini (1993) Effetti dello spandime delle acque di vegetazione su terreno agrario. L'Informatore Agrario. 13]. Questo approccio, oltre a costituire una via di smaltimento a costi sostenibili, consente di sfruttare il valore agronomico delle acque di vegetazione valorizzandone il contenuto di sostanze organiche non tossiche, di potassio, di fosforo e di azoto [Università Politecnica delle Marche (2008). Utilizzazione dei reflui oleari: bioconversioni mediante fermentazione e compostaggio di acque di vegetazione per la produzione di bio-fertilizzanti. Tesi per il dottorato di Manuela Taccari].

In Italia lo smaltimento delle acque di vegetazione su suoli agricoli è normata con leggi regionali molto severe riassunte dal decreto ministeriale a cura del Ministero delle Politiche Agricole pubblicato dalla Gazzetta Uficiale (serie generale) n.166 del 19 Luglio 2006.Le norme che regolano lo spandimen delle acque di vegetazione sono molto severe per tentare di evitare i rischi di contaminazione delle falde potenzialmente connessi con tale pratica. E' noto infatti che la produzione di olio di oliva si concentra in un periodo di tempo limitato di 60-90 giorni corrispondente largamente alla stagione tardo autunnale in cui si registra, nei Paesi mediterranei, la massima piovosità. Ricorrere a pratiche di ferti-ir utilizzando le acque di vegetazione può quindi corrispondere ad una aggiunta di un liquido fortemente inquinante a suoli già saturi di acqua e quindi in diretto collegamento con la falda freatica.

Per ridurre i rischi ambientali è opportuno così scegliere i giorni più favorevoli per lo spandimento delle acque di vegetazione che, se necessario, devono essere stoccate nei periodi più piovosi. E' noto però che bastano poche decine di ore di permanenza in sistemi di stoccaggio per registrare processi di degradazione anaerobica ed anossica a carico delle acque di vegetazione con conseguenti fenomeni di putrefazione, irrancidimento e sviluppo di cattivi odori.

E' stato ora scoperto e ciò costituisce parte della presente invenzione, che concentrando le acque di vegetazione, entro un periodo inferiore alle 36 ore dalla loro produzione, è possibile ottenere un prodotto stabile e conservabile per periodi superiori a 9 mesi.

Per produrre le acque di vegetazione concentrate possono essere impiegati impianti a membrana (osmosi inversa) [E. De Marco et al. (2009). Trattamento dei reflui oleari: recupero della frazione biologicamente attiva e di acqua purificata. Convegno Nazionale dell'Olivo ed Olio. Portici 1-2 Ottobre]; di evaporazione spinta operanti sotto vuoto (A. Grimelli (2012). Acque di vegetazione direttamente nel fosso o in fognatura. www.teatronaturale.it/strettamentetecnico/l-arca-olearia]; o , preferibilmente in accordo con la presente invenzione, impianti di evaporazione a multipli effetti. Più in particolare sono da impiegare impianti di evaporazione a 3/5 effetti operanti nel range di temperatura compreso tra i 120 ed i 50 gradi centigradi. Il prodotto concentrato, se ottenuto con i metodi descritti dalla presente invenzione, contiene pressoché inalterati tutti i composti chimici inizialmente presenti nelle acque di vegetazione essendo sottoposto a temperature superiori a 100°C solo per un tempo inferiore a 60 secondi. Per ottenere la stabilità microbiologica delle acque di vegetazione è necessario raggiungere una concentrazione finale di solidi totali (residuo fisso a 105 °C) nel range 46-80% essendo preferito, in accordo con la presente invenzione, il range 65-70%. Operando con impianti di evaporazione a multipli effetti si ottengono acque di vegetazione all'idonea concentrazione di sostanza secca, microbiologicamente sterili e con le attività enzimatiche, idrolitiche ed ossidoriduttive sostanzialmente disattivate. Operando come sopra descritto ed in accordo con la presente invenzione, le acque di vegetazione risultano stabili nel tempo per l'elevata concentrazione finale raggiunta in particolare dei tannini (ad attività battericida) e dei polifenoli (ad attività batteriostatica). Anche l'elevato tenore in zuccheri (principalmente glucosio, fruttaSio, mannitolo, galattosio, etc.) può contribuire alla stabilità microbiologica delle acque di vegetazione concentrate.

Un ulteriore vantaggio dell'impiego degli impianti di evaporazione a multipli effetti nella concentrazione delle acque di vegetazione è costituito dal fatto che la maggior parte delle esigenze energetiche necessarie (produzione del vapore) può essere sostenuta bruciando i biofuel solidi che vengono prodotti secondo i metodi che costituiscono l'oggetto della presente invenzione e che saranno di seguito descritti.

Le acque di vegetazione concentrate ottenute secondo i metodi della presente invenzione possono essere stoccate in adatti serbatoi per periodi di circa un anno ed essere destinate agli impieghi di seguito descritti.

Con l'uso degli impianti di evaporazione a multipli effetti si ottengono, oltre alle acque di vegetazione concentrate, le condense delle acque evaporate. Questo stream ha una temperatura compresa tra 50 e 60 gradi centigradi, è limpido, leggermente acido per la presenza di acidi volatili. E' caratterizzato da un COD (Chemical Oxygen Demand) compreso tra 450 e 1200 mg/l.

In accordo con la presente invenzione le condense, previa neutralizzazione in linea con adeguate quantità di una miscela equimolecolare di sodio e potassio idrossido, possono essere impiegate come fluido riscaldante per la gramolatura della pasta di olive ottenuta dalla frangitura delle stesse. Dopo tale impiego le condense raffreddate neutralizzate possono essere destinate allo scarico nella rete fognante. Ove quest'ultima non fosse disponibile o che le caratteristiche delle condense non risultassero idonee, le stesse possono essere depurate mediante trattamento biologico in impianti operanti in aerobiosi o in anaerobiosi. In accordo con la presente invenzione questi ultimi sono da preferire. Infatti gli acidi volatili, che costituiscono le principali sostanze presenti nelle condense, sono i substrati di elezione per i microrganismi metanogeni.

In accordo con la presente invenzione, i reattori anaerobici più convenienti per il trattamento delle condense dalla concentrazione delle acque di vegetazione sono quelli a flora microbica immobilizzata. La termostatazione di tali reattori, in un intervallo di temperatura compreso tra 25 e 37 gradi centigradi, può essere realizzata, in accordo con la presente invenzione, con le condense calde generate dal'impianto di evaporazione a multipli effetti previa loro neutralizzazione come già descritto in precedenza. In particolare sono da preferire i reattori anaerobici a letto fisso (filtri anaerobici) o gli UASB (Up-flow Anaerobio Sludge Blancket). Con l'impiego di tali reattori è possibile ottenere abbattimenti del COD nelle condense dell'ordine del 70-90% operando con carichi spaziali compresi nel range degli 1,0-2, 7 kg di COD/m3, gio In accordo con la presente invenzione, per il trattamento anaerobico è necessario arricchire preliminarmente le condense di adeguate fonti di azoto ammoniacale, di sodio, di potassio, di fosforo (in forma di fosfati), di calcio (in forma di cloruro), di magnesio e di ferro (in forma di solfati).

All'uscita dal digestore, le condense possono essere destinate, previa insufflazione con aria per portare il potenziale redox in campo positivo, al riutilizzo o allo sversamento in corpi idrici superficiali avendo raggiunto le caratteristiche previste dalle normative vigenti che regolano tale pratica.

In accordo con la presente invenzione le sanse vergini, entro 36 ore dalla loro produzione, sono destinate all'essiccamento sino al raggiungimento di un tenore di sostanza secca (Residuo fisso a 105 °C) compreso nel range 85-95 % essendo l87-90 % il preferito. Allo scopo possono essere impiegati gli impianti tipicamente destinati all'essiccamento dei foraggi costituiti essenzialmente da forni a tamburo rotante con fiamma diretta o indiretta che possono essere alimentati dai biofuel solidi prodotti secondo i metodi che costituiscono l'oggetto della presente invenzione e che saranno di seguito descritti.

Dopo l’essiccamento delle sanse vergini, secondo i metodi sopra riportati, si ottiene un materiale che può essere stoccato in silos chiusi per un periodo di circa un anno senza subire significativi fenomeni di degradazione.

Lo stesso impianto destinato all’essiccamento delle sanse vergini può essere utilizzato, in accordo con la presente invenzione, per l’essiccamento delle foglie e dei ramoscelli che normalmente accompagnano le olive in ingresso al frantoio. Anche questo materiale deve essere essiccato raggiungendo gli analoghi tenori di sostanza secca già riportati per le sanse vergini. Dopo l essiccamento le foglie ed i ramoscelli vengono sfarinati sino a raggiungere una dimensione media del materiale sminuzzato compresa nel range 1-5 mm. Allo scopo possono essere usati mulini trincia foraggi o attrezzature analoghe. Dopo essiccamento e sfarinatura, il materiale ottenuto dalle foglie e dai ramoscelli può essere stoccato in idonei silos chiusi per un periodo di circa un anno senza subire sostanziali alterazioni.

In accordo con la presente invenzione, è opportuno che gli impianti destinati alla concentrazione delle acque di vegetazione, all'essiccamento delle sanse vergini e delle foglie-ramoscelli siano dimensionati in modo da poter trattare i materiali suddetti man mano che la loro produzione si realizza nel frantoio. Utilizzando tale accortezza si evitano tutti i fenomeni di degradazione in precedenza descritti e al termine della stagione olearia, non verrà generato alcun tipo di rifiuto solido o effluente liquido da smaltire. Di fatto lo stabilimento realizzato secondo i metodi che sono oggetto della presente invenzione disporrà di sottoprodotti stoccati da impiegare eventualmente nel corso dei mesi successivi al termine della stagione olearia. Operando nel modo descritto la manodopera che, secondo la prassi attuale, ha contratti di lavoro stagionali potrà essere impiegata nell'intero anno solare con evidenti benefici per l'economia complessiva.

In accordo con la presente invenzione sono 5 i sottoprodotti derivanti dalla produzione dell'olio d'oliva che possono essere sfruttati economicamente. Tali materiali sono costituiti rispettivamente da: sanse essiccate; foglie e ramoscelli di olivo essiccate e sfarinate; acque di vegetazione concentrate; potature di olivo preventivamente cippate, essiccate e sfarinate analogamente alle foglie e ai ramoscelli; ceneri dalla combustione dei biofuel solidi impiegati per lottenimento dei materiali appena elencati.

In accordo con la presente invenzione le sanse essiccate, le foglie ramoscelli e potature di olivo essiccate e sminuzzate con le acque di vegetazione concentrate possono essere utilizzati per produrre combustibili solidi estrusi (pellet di biofuel). Il rapporto ponderale tra la somma dei materiali solidi e le acque di vegetazione concentrate è regolato nell'intervallo 60-40 e 95-5 a favore dei primi. La miscela dei materiali solidi è addizionata, all'interno di un reattore munito di un sistema meccanico di miscelazione, con le acque di vegetazione concentrate con l'ausilio di una pompa dosatrice preferibilmente di tipo Monho. La miscela preferita tra materiale solido e materiale liquido è regolata nel rapporto percentuale ponderale 70-30 e 90-10 in modo da ottenere, in accordo con la presente invenzione, un materiale con un tenore complessivo di sostanza secca compreso tra l83 e l87 %. La miscela così ottenuta viene dapprima omogeneizzata, mediante vigoroso mescolamento, quindi lasciata, sotto leggera agitazione, per un periodo di tempo compreso tra 0 e 180 minuti. Tale periodo risulta necessario per permettere al liquido di permeare all' delle particelle solide. La miscela così ottenuta può essere inviata ad un impianto di presso-estrusione dotata di filiera circolare o piana con fori preferibilmente da 6 mm di diametro, di sistema di recupero e riciclo del materiale fine e di raffreddamento in corrente d'aria. In pellet finale ottenuto è caratterizzato da un ottima resistenza meccanica, da una buona omogeneità, da un Potere Calorifico Inferiore compreso tra 4200 e 4700 Kcal/Kg e da un tenore di sostanza secca costantemente superiore all'85 %.

Ε' stato infine scoperto, e ciò costituisce un ulteriore aspetto della presente invenzione, che le acque di vegetazione concentrate possono essere impiegate, insieme alle ceneri dalla combustione dei biofuel solidi, per la formulazione di fertilizzanti binari o ternari misto organici. Le analisi hanno infatti evidenziato che le acque di vegetazione, oltre a possedere elevate percentuali di carbonio organico, contengono (dati riferiti alla sostanza secca) dallo 0,7 all' 1,0 % di azoto; dall' 1,9 al 3,4 % di ossido di potassio e dallo 0,7 al 1,2 % di anidride fosforica. Le ceneri dalla combustione dei pellet oggetto della presente invenzione contengono (dati riferiti alla sostanza secca) dal 35,1 al 39,7 % di ossido di potassio e dal 5,7 al 12,1 di anidride fosforica. Nelle ceneri sono inoltre presenti tutti gli oligoelementi (calcio, magnesio, sodio, ferro, manganese, etc.) tipicamente necessari per la crescita del tessuto vegetale.

Sulla base dei dati sopra riportati, sono state provate formulazioni di fertilizzanti ottenuti mescolando ed omogeneizzando ceneri ed acque di vegetazione concentrate nei rapporti percentuali ponderali compresi tra 95-5 e 67-33. Le mescole così ottenute sono state estruse attraverso filiere con fori da 6 mm di diametro utilizzando lo stesso impianto già descritto per la produzione di pellet di biofuel.

Formulazioni di fertilizzanti ternari misto-organici a più alto titolo di azoto sono state ottenute nello stesso modo aggiungendo alle ceneri ed alle acque di vegetazione concentrate quote crescenti di solfato ammonico. Sono infine anche oggetto della presente invenzione formulazioni di fertilizzanti ternari mistoorganici ottenuti mescolando ceneri, acque di vegetazione concentrate, solfato ammonico e fosfato biammonico.

Sulla base di quanto riportato, l'oggetto della presente invenzione riguarda la possibilità di realizzare un frantoio per la produzione di olio di oliva che azzera la generazione di rifiuti ed effluenti rendendo disponibili nel contempo nuovi prodotti a costi contenuti facilmente collocabili sul mercato per la loro elevata qualità.

I mercati finali di tali nuovi prodotti sono quelli delle energie rinnovabili e dei fertilizzanti. Tra i mercati finali sopra citati quello quantitativamente più importante è, in accordo con la presente invenzione, costituito dalle energie rinnovabili con particolare riferimento ai biocombustibili solidi. L'essiccamento delle sanse vergini sino a tenori dì sostanza secca superiori uguali all'87% e la concentrazione delle acque di vegetazione fino a raggiungere tenori di sostanza secca compresi tra il 46 e 80 % consentono di ottenere miscele che, dopo estrusione, portano al'ottenimento di pellet con i requisiti richiesti dal mercato dei biocombustibili solidi. La possibilità di aumentare ulteriormente la disponibilità di materiale solido ad alto tenore di sostanza secca da mescolare con le acque di vegetazione concentrate è costituita, in accordo con la presente invenzione, dall'impiego delle foglie e ramoscelli di olivo preventivamente essiccati e sfarinati. Alla bisogna, ove le condizioni economiche lo consentano, possono essere utilizzate anche le potature degli olivi. Questo materiale, preventivamente cippato, seccato e sfarinato come precedentemente descritto, può essere utilizzato per incrementare la quota di materiale da destinare con le sanse, le foglie e i ramoscelli e le acque di vegetazione concentrate alla produzione di biocombustibili solidi in forma di pellet.

Per descrivere più chiaramente la presente invenzione vengono riportati di seguito alcuni esempi applicativi senza tuttavia che essi rappresentino una limitazione per l'invenzione stessa.

Esempio 1:

In un frantoio oleario, dotato di processo per l'estrazione continua mediante centrifuga decanter operante a tre fasi, venivano raccolti campioni di sanse vergini e di acque di vegetazione per determinarne il contenuto di sostanza secca.

Le analisi (Residuo fisso a 105°C) evidenziavano un tenore di acqua pari al 47,0% per le sanse vergini e del 90,7% per le acque di vegetazione.

Le sanse vergini appena generate dal frantoio venivano inviate ad un impianto di essiccamento normalmente utilizzato per disidratare foraggi destinati alla produzione di mangimi per animali poligastrici. L'impianto era costituito da: un forno rotativo alimentato da pellet di biocombustibili; da un ciclone per il recupero delle particelle fini essiccate; da un nastro trasportatore per l'alimentazione del materiale umido al forno; da una coclea per l'estrazione del prodotto secco. Le ceneri venivano recuperate dall'impianto di essiccamento, per la gran parte (ceneri di fondo) da un portello posto al di sotto della fiamma del forno rotativo e per la rimanente quota (ceneri volanti) dal fondo di un idrociclone interposto in un circuito di acqua utilizzata per la depurazione dei fumi di combustione (scrubber). Le condizioni operative dell'impianto sono state regolate in modo che il tenore di sostanza secca delle sanse vergini in uscita fosse pari al 90,3%. Le sanse così essiccate, dopo raffreddamento, sono state stoccate in silos ermeticamente chiusi. Controlli periodici mensili effettuati nei 300 giorni successivi alla produzione ne hanno certificato la perfetta conservabilità. Le ceneri di fondo generate dall’impianto di essiccamento venivano raffreddate a temperatura ambiente e mescolate con le ceneri volanti, preventivamente essiccate all'aria. La miscela così ottenuta veniva stoccata in fusti di acciaio ermeticamente chiusi.

Le acque di vegetazione appena generate dal frantoio venivano inviate ad un impianto di concentrazione a multipli effetti interamente realizzato in acciaio inossidabile. Per la generazione del vapore necessario, rimpianto era dotato di un bruciatore e caldaia alimentati da pellet di biocombustibili. Le ceneri così prodotte venivano recuperate e stoccate sia in forma di "bottoni ashes" che di "fly ashes" come descritto nel caso dell'essiccamento delle sanse vergini. L'impianto di evaporazione era dotato di 4 efetti operanti a gradi di vuoto crescenti nell'ambito di un range di temperatura compresa tra 120°C e 60°C. I vapori generati dalla concentrazione venivano raffreddati in una apposita vasca di condensazione. Operando con rimpianto di evaporazione a multipli efetti sopra descritto è stato prodotto un lotto di acque di vegetazione concentrate con un tenore di sostanza secca pari al 65%. Dopo raffreddamento, il materiale è stato trasferito, con l’ausilio di una pompa Mohno, in un serbatoio di acciaio inossidabile dotato di chiusura ermetica. Controlli periodici mensili, effettuati nei 300 giorni successivi alla produzione, hanno certificato la perfetta conservabilità delle acque di vegetazione concentrate.

76 parti di sanse vergini essiccate e 24 parti di acque di vegetazione concentrate ottenute come sopra descritto sono state poste in un reattore cilindrico orizzontale dotato di asse centrale munito di pale per l'agitazione meccanica. La miscela dei due componenti è stata dapprima omogeneizzata mediante vigorosa agitazione, quindi, agendo sul moto-variatore che regola la velocità di rotazione dell'asse centrale, lasciata ad una fase di assorbimento liquido solido-durata circa 90 minuti sotto leggera agitazione. Il materiale così ottenuto è stato inviato ad un impianto di presso-estrusione dotato di: una filiera con un diametro dei fori di 6mm; un sistema di vibrovagliatura per il recupero ed il riciclo

del materiale fine dopo estrusione; un sistema di ventilazione per il raffreddamento del pellet prodotto.

Gli estrusi così ottenuti sono stati analizzati e sottoposti ai tests suggeriti dal Comitato Termotecnico Italiano risultando in accordo con le specifiche richieste per i pellet a fini energetici di categoria C (CTI. Biocombustibili solidi. Caratterizzazione del pellet a fini energetici. Maggio 2004-R04/5).

Esempio 2:

Nello stesso frantoio oleario già citato nell'esempio 1 le foglie e i ramoscelli, generati dalla cernita iniziale delle olive sono stati inviati all'impianto di essiccamento precedentemente descritto. Le condizioni operative di quest'ultimo sono state regolate in modo che il materiale in uscita risultasse essiccato sino a raggiungere un tenore di sostanza secca pari al 91,3% (da un valore iniziale pari al 51,8%). Il materiale così essiccato è servito per alimentare un mulino a martelli trincia-foraggi dotato di una griglia con fori con diametro da 3 mm. La farina di foglie e ramoscelli essiccata e triturata è stata stoccata il un silos ermeticamente chiuso. Controlli periodici mensili, effettuati nei 300 giorni successivi alla produzione, ne hanno certificato la perfetta conservabilità.

70 parti di sanse essiccate e 25 parti di acque di vegetazione concentrate, ottenute come riportate nell'esempio 1, sono state introdotte nel reattore cilindrico orizzontale già descritto unitamente a 5 parti di foglie e ramoscelli di olivo essiccate e sminuzzate. Si è proceduto alle fasi di omogeneizzazione e di assorbimento liquido-solido operando nelle stesse condizioni già descritte nell'esempio 1. Il materiale così ottenuto è stato inviato al medesimo impianto di presso-estrusione già descritto ottenendo un prodotto finito con caratteristiche rispondenti alle specifiche richieste per i pellet a fini energetici di categoria C secondo i dettami del Comitato Termotecnico Italiano precedentemente citati. Esempio 3:

Nello stesso frantoio oleario già descritto nell'esempio 1 venivano approvvigionate potature di olivo in forma di scaglie con dimensioni della misura massima di 3 cm ottenute per cippatura diretta in campo del materiale con l'impiego di idonee attrezzature.

Le potature cippate venivano disidratate nell'essiccatoio già descritto nell'esempio 1 sino a raggiungere un tenore di sostanza secca pari al 89,4%. Il materiale essiccato veniva sfarinato nel mulino trincia-foraggi precedentemente descritto e stoccato in un silos ermeticamente chiuso. Controlli periodici mensili, effettuati nei successivi 300 giorni dalla produzione, ne hanno certificato la perfetta conservabilità.

80 parti di farina di potature essiccata, preparata come sopra descritto, venivano mescolate con 20 parti di acque di vegetazione concentrate al 60% di sostanza secca ottenute analogamente a come descritto nell'esempio 1.

Le due componenti sono state introdotte nel reattore cilindrico orizzontale e si è proceduto alle fasi di omogeneizzazione e di assorbimento liquido -solido operando nelle stesse condizioni già descritte nell’esempio 1. La miscela omogenea così ottenuta è stata inviata al medesimo impianto di pressoestrusione già descritto ottenendo un prodotto finito con caratteristiche rispondenti alle specifiche richieste per i pellet a fini energetici di categoria C secondo i dettami del Comitato Termotecnico Italiano precedentemente citati. Esempio 4:

Nello stesso frantoio oleario già citato nellesempio 1 si è provveduto a campionare ed analizzare una miscela di ceneri di fondo e di ceneri volanti (essiccate al'aria) ottenute dalla combustione dei biofuel solidi. Questi ultimi erano stati impiegati per essiccare i materiali solidi oggetto della presente invenzione (sanse vergini, foglie, ramoscelli e potature cippate di olivo) e per generare il vapore destinato alla concentrazione delle acque di vegetazione secondo i metodi descritti negli esempi precedenti. I risultati di tali analisi, mirate a definire il potere fertilizzante delle ceneri, sono riportate in Tabella 2 insieme a quelli ottenuti da analoghe indagini effettuate su un campione di acque di vegetazione concentrate al 75% di sostanza secca.

Tabella 1

Risultati delle analisi sul valore fertilizzante delle ceneri e delle acque di vegetazione (Dati espressi in % in peso)

Ceneri Acque di vegetazione Acqua 9,1 25,3 Carbonio organico 0,0 38,8

Azoto 0,0 0,7 Anidride fosforica 10,7 0,9 Ossido di potassio 41,5 2,6

Le analisi eseguite sulle ceneri hanno inoltre evidenziato la presenza, in ordine quantitativo decrescente, di: Calcio, Magnesio, Sodio, Ferro, Rame, Zinco e Manganese.

I metalli pesanti come: Cadmio, Cobalto, Piombo, Cromo e Mercurio sono risultati assenti con un limite di rilevabilità posto ad una parte per milione.

Un fertilizzante misto organico binario è stato preparato mescolando intimamente 90 parti di ceneri con 10 parti di acque di vegetazione concentrate. La miscela così ottenuta è stata presso-estrusa attraverso fori con diametro da 6 mm nello stesso impianto già descritto nell'esempio 1. I pellet così ottenuti evidenziavano un contenuto di anidride fosforica pari al 10,1%; di ossido di potassio pari al 39,2 % e di carbonio organico pari al 4,0 %.

Un fertilizzante misto-organico ternario è stato preparato mescolando intimamente 30 parti di ceneri, 25 parti di acque di vegetazione concentrate, 40 parti di solfato biammonico e 5 parti di fosfato biammonico. Operando come sopra descritto, si è ottenuto un pellet contenente il : 10.0 % di azoto, 6,2 % di anidride fosforica, 14,0 % di ossido di potassio, 10,3 % di carbonio organico ed 9,7 % di zolfo.

Esempio 5:

Nello stesso frantoio oleario già citato nell'esempio 1, sono state campionate ed analizzate le condense generate dall'impianto di evaporazione a multipli effetti utilizzato per concentrare le acque di vegetazione. La temperatura è risultata costantemente compresa tra 50 e 60°C; il pH, costantemente acido, all'interno di un range compreso tra 3,0 e 4,2. Il COD è risultato oscillare in un intervallo compreso tra 450 e 1200 ppm O2/l.

Le condense calde, attraverso una tubatura in PVC coibentata, sono state fatte confluire in un reattore in acciaio inox, coibentato con lana di roccia, munito di agitazione meccanica e di un elettrodo di un pH-stat per la neutralizzazione dello stream realizzato mediante aggiunta di una soluzione di acqua di fonte contenente 40 g/l di NaOH e 58 g/l di KOH. Le condense neutralizzate ed ancora calde venivano utilizzate sia per il riscaldamento della sezione di gramolatura del frantoio, che per la termostatazione (tra 30 e 36 °C) del filtro anaerobico di seguito descritto. I due stream in uscita rispettivamente dalle gramole e dal digestore anaerobico venivano convogliate, tramite tubazioni coibentate realizzate in PVC, in un secondo reattore identico a quello precedentemente descritto per la neutralizzazione. In quest'ultimo venivano aggiunti sali per assicurare le concentrazioni minime riportate in Tabella 3.

Tabella 2

Concentrazione salina apportata alle condense pre digestione anaerobica (Dati espressi in g/l)

KH2PO4 0,09 CaCl2.2H2O 0,03 K2HPO4 0,09 FeSO4.7H2O 0,01 (NH4)2SO4 0,09 NaHCO3 0,50 MgSO4.7H2O 0,03

Le condense, neutralizzate ad arricchite con salì minerali come sopra descritto, venivano alimentate, tramite pompa dosatrice, ad un digestore anaerobico a flora microbica immobilizzata. Il digestore era costituito da un filtro anaerobico di forma cilindrica con 2/3 del proprio volume occupato da un letto di pietra pomice con pezzatura media da 5cm. Il digestore, in acciaio inox coibentato con lana di roccia, era dotato di misuratore volumetrico del biogas prodotto; di un gasometro per la raccolta e pressurizzazione del gas; di pH-stat per il controllo automatico delle condizioni di neutralità; di un sistema di regolazione della temperatura mediante un fascio tubiero circolare alloggiato nel letto di pomice e di un sistema fotometrico per l'analisi in linea del gas prodotto. Per l'inoculo del reattore anaerobico è stato utilizzato un digestato da un impianto di trattamento di fanghi biologici generati dalla depurazione di reflui di origine civile.

La colonizzazione microbica del supporto di pomice è stata realizzata preventivamente operando in fasi successive di gestione del filtro anaerobico a batch, in semicontinuo ed in continuo alimentandolo con un medium pre-ridotto la cui composizione, in acqua di fonte, è riportata in Tabella 4.

Tabella 3

Composizione del medium utilizzato per la colonizzazione microbica del filtro anaerobico (Dati espressi in g/l escluso il pH) KH2PO4 0,45 Na2S.9H2O 1,00 K2HPO4 0,45 Estratto di lievito 1,50 (NH4)2SO4 0,45 CH3COONa 2,00 MgSO4.7H2O 0,18 NaHCO3 2,50 CaCl2.2H2O 0,18 pH 7 (con idonea correzione) FeSO4.7H2O 0,02

Una volta colonizzato il supporto di pomice, attraverso fasi successive di alimentazione del reattore con le condense in batch, semicontinuo e continuo, si è raggiunto uno stadio stazionario di gestione del filtro anaerobico operando con un HRT (Hydraulic Retention Time) di 12 ore. In Tabella 5 sono riassunti i risultati ottenuti nelle condizioni operative sopra riportate.

Tabella 4

Dati relativi all'esercizio continuo del filtro anaerobico alimentato con le condense dalla concentrazione delle acque di vegetazione

COD in entrata 450-1200 mgO2/l Abbattimento COD 80-90%

HRT 12 ore

Carichi spaziali 1,0-2, 7

Kg COD, m3/giomo

Biogas Prodotto 0,32

m3/Kg COD

abbattuto

Le condense in uscita dallo stramazzo del filtro anaerobico venivano inviate in una vasca munita di sparger sul fondo per l'insufflazione di aria compressa. All' della vasca era inserito un elettrodo per la misura del potenziale redox che regolava il flusso dellaria in modo che tale parametro, nelle condense in uscita dalla vasca stessa, risultasse costantemente compreso tra 0 e 100 mV. Le condense trattate, anaerobicamente ed ossigenate come sopra descritto, erano destinate ad una vasca di sedimentazione finale. Le caratteristiche dell'acqua in uscita dallo stramazzo di quest'ultima vasca rispondevano a quelle per un completo riciclo per scopi civili e/o industriali e a quelle previste dalle attuali normative che regolano lo sversamento degli stream acquosi in corpi idrici superficiali.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la valorizzazione integrale dei sottoprodotti, rifiuti ed effluenti generati dalla produzione di olio di oliva che comprende i seguenti stadi: a. essiccamento dei material solidi residui dalla produzione dell'olio costituiti da sanse vergini, foglie, ramoscelli e potature di olivo sino ad un tenore di sostanza secca compreso tra l87 ed il 95 % in peso. b. sminuzzamento dei materiali solidi diversi dalle sanse sino ad ottenere particelle di dimensioni comprese tra 1 e 5 mm c. concentrazione delle acque di vegetazione sino ad un tenore di sostanza secca compreso tra il 46 e l80 % in peso. d. miscelazione e presso estrusione, per la produzione di biofuel solidi, di miscele ottenute dall'unione dei materiali solidi essiccati con le acque di vegetazione concentrate in un rapporto ponderale percentuale compreso tra 95 - 5 e 60 - 40 a favore dei primi.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1 dove per la concentrazione delle acque di vegetazione si impiegano impianti di evaporazione a multipli effetti operanti a temperature comprese tra i 120 e i 50°C con tempi di permanenza ad alta temperatura inferiori a 60 secondi.
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1 dove, per essiccare i materiali solidi e concentrare le acque di vegetazione, vengono impiegati, come principale fonte di energia biofuel solidi ottenuti dai rifiuti e sottoprodotti dalla produzione di olio di oliva.
4. 4. Processo secondo la rivendicazione 2 dove le condense dalla concentrazione delle acque di vegetazione a temperature comprese tra 50 e 60 °C vengono utilizzate come fonte di calore per i fabbisogni energetici nella produzione del'olio di oliva.
5. 5. Processo secondo la rivendicazione 2 dove le condense dalla concentrazione vengono usate per produrre biogas in impianti di digestione anaerobica a flora microbica immobilizzata.
6. 6. Processo secondo la rivendicazione 1 dove come materiale solido per produrre biofuel vengono usate potature di olivo preventivamente cippate.
7. 7. Processo secondo la rivendicazione 2 dove le acque di vegetazione vengono concentrate dopo un periodo compreso tra 0 e 36 ore dalla loro produzione in frantoio.
8. 8. Processo secondo la rivendicazione 3 dove le ceneri dalla combustione dei biofuel solidi vengono impiegate per produrre fertilizzanti.
9. 9. Processo secondo la rivendicazione 3 dove le ceneri dalla combustione dei biofuel solidi vengono impiegate insieme alle acque di vegetazione concentrate per produrre fertilizzanti misto-organici.