Il trattamento delle acque di vegetazione

Da Lca rifiuti.

Obiettivo di questo lavoro è stato quello di mettere a punto uno studio di Life Cycle Assessment (LCA), mirato a confrontare il possibile riutilizzo di acque reflue di frantoio in fertirrigazione [8], uso consentito dalla legge previa una relazione geologica e una valutazione della superficie coltivata e il possibile utilizzo innovativo come materia prima che dopo assorbimento su resine permetta la possibile produzione di estratti a contenuto standardizzato in polifenoli da poter utilizzare sia nel settore alimentare che in quello farmaceutico e cosmetico secondo i risultati ottenuto dal progetto EU FAIR PL 973039. La scoperta di un errore in un processo della banca dati IVAM ha richiesto una revisione dello studio che è disponibile presso l'autore.

a cura di: Dott.ssa Germana Olivieri

Titolo dello studio: LCA per acque reflue del settore olivicolo-oleario [9]

Autore dello studio: Germana Olivieri

Tutor tirocinio post-laurea: Ing. Paolo Neri

Co-autore: Prof.ssa Annalisa Romani

Università: Firenze, Facoltà di Economia.


Le acque di vegetazione

Le acque di vegetazione sono liquidi acidi (pH 5-5,5) costituiti dall' 83,4% di acqua, 1,8% di sali inorganici e 14,8% di composti organici. La carica microbica oscilla intorno ai valori di 100.000 unità/l ed è composta prevalentemente da batteri "Pseudomonas", lieviti "Saccaromyces" e funghi "Penicillum glaucum" e "Aspergillus niger" [1,2]. Fra gli elementi minerali prevale nettamente il potassio (70% dei cationi totali) seguito dal magnesio, calcio, sodio e ferro. L’elevato contenuto di potassio è l’elemento di maggiore interesse in caso di smaltimento del refluo sul suolo agrario. La parte organica è rappresentata, oltre che da residui di olio, da zuccheri riducenti, da acidi organici e da composti polifenolici [3,4].Gli zuccheri sono i costituenti più rappresentativi di tale frazione e tra questi quelli direttamente fermentescibili come glucosio e fruttosio e in piccole quantità mannosio, arabinosio e xilosio [5].Sono presenti anche acidi grassi volatili (ac. acetico, ac. propionico, ac. butirrico, ac. valerianico, ac. isovalerianico ed altri importanti nei processi di digestione anaerobica. La frazione polifenolica è costituita da fenoli liberi che si formano principalmente dall’idrolisi enzimatica di glucosidi ed esteri presenti naturalmente nella polpa delle olive. Durante le fasi di lavorazione dell’olio tali molecole subiscono trasformazioni tali per cui si solubilizzano in quantità molto minore nell’olio rispetto alle acque di scarto [6].E’ stato dimostrato che i polifenoli presenti nelle acque reflue possiedono sia una spiccata azione antimicrobica, responsabile dell’inibizione della crescita di batteri presenti naturalmente nel terreno, sia altre azioni tra cui la principale è quella antiossidante. Mentre la prima azione risulta limitante per lo smaltimento delle acque di vegetazione, la seconda giustificherebbe in parte un loro recupero. La quantità di acqua, espressa in kg/quintali di olive, è importante per definire l’impatto ambientale del refluo e dipende dal sistema di estrazione usato [7]. Nel sistema tradizionale a pressione si ottiene una quantità limitata di acqua (40% peso della drupa) rappresentata dall'acqua di lavaggio (5% del peso delle olive lavorate), dall’acqua di lavaggio degli impianti di estrazione (5-10%), ma, soprattutto, da quella propria delle olive (40-50% in relazione alle caratteristiche della cultivar). Nel caso del sistema continuo a centrifugazione si ottiene l’80-110% della massa delle olive lavorate perché aumenta la quantità di acqua impiegata, poiché è necessario fluidificare la pasta in fase di estrazione per agevolare la fuoriuscita dell'olio. Nei nuovi impianti centrifughi a risparmio di acqua si aggiungono modeste quantità di acqua di processo ottenendo una quantità di acque reflue pari al 33% de peso delle olive.


Applicazione del metodo LCA al processo di fertirrigazione e al processo di estrazione di polifenoli

Definizione dell’obiettivo dello studio

L’obiettivo dello studio è la determinazione del danno ambientale dovuto alle due ipotesi di riutilizzo di acque reflue di vegetazione da frantoio oleario, per fertirrigazione e mediante un processo sperimentale di estrazione di polifenoli su resina.


Campo di applicazione dello studio

La funzione del sistema

La funzione del sistema è il trattamento delle acque di vegetazione in uscita dal frantoio.

Il sistema che deve essere studiato

Il sistema studiato ipotizza due scenari di utilizzo delle acque reflue.

I confini del sistema

I confini del sistema vanno dall’uscita delle acque reflue di vegetazione del frantoio fino alla fertirrigazione su campo (per la prima ipotesi di recupero) e fino all’ottenimento di estratti polifenolici (per la seconda ipotesi di recupero).

L’unità funzionale

L’unità funzionale è 1m3 di acque di vegetazione da trattare.

La qualità dei dati

I dati utilizzati nell’analisi sono stati ricavati dalle banche dati STANDARD e IVAMLCA3 del Codice di calcolo olandese SimaPro5. Tali dati sono di origine europea e sono anteriori all’anno 2001. La valutazione dell’impatto ambientale viene eseguita utilizzando il Metodo Eco-Indicator 99E/E.

Inventario

Prima ipotesi: spargimento delle acque di vegetazione in uscita dal frantoio. Le acque vengono destinate mediante condotta in una vasca a cielo aperto di calcestruzzo. Le condotte convogliano in sotterranea l’acqua dalla vasca arrivando dal frantoio. All’interno della vasca sono posizionate 2 pompe superficiali per il mescolamento dell’acqua, necessario per prevenire fenomeni di fermentazione anaerobica. Lo svuotamento della vasca avviene mediante 2 pompe a immersione, che successivamente convogliano le acque in autobotti e il carico viene trasportato per lo spargimento sul terreno. Seconda ipotesi: recupero di polifenoli. Le acque subiscono i seguenti processi di lavorazione: trattamento enzimatico e adsorbimento in resina.

Bilancio di massa

Prima ipotesi: spargimento delle acque di vegetazione in uscita dal frantoio. Input: 1600 m3/a di acque di vegetazione in uscita dal frantoio. Materiali: tubazioni in acciaio, vasca per stoccaggio in calcestruzzo, pompe in acciaio. Output: 1600m3/a di acque reflue cosparse sul terreno. Energie: energia elettrica totale consumata per due mesi 120 kwh. Energia per trasporto 32000km/t. Trasporti: distanza totale percorsa mediante trattore 200km. Seconda ipotesi: recupero delle acque per ottenimento di polifenoli Input: 2500l di acque di vegetazione Materiali: 60g/l di resine, HCl (1%), H2O (29%) , etanolo (70%).

Output: 2,5kg/g di polifenoli (lavorando 2500l di acque di vegetazione per 24h al giorno con 1 turno da 8h). Siccome l’anno oleario è di 2 mesi, la produzione di polifenoli, in base all’anno oleario è di 2,5*60g=150kg. Energie: energia elettrica totale per impianti: 48kWh. Caratteristiche delle attività dell’impianto ipotizzato

Progettato per poter adsorbire su apposita resina a scambio ionico parte dei polifenoli contenuti nelle acque di vegetazione. Le acque di vegetazione da trattare verranno stoccate in una vasca in prossimità della zona di lavorazione, da questa vasca verranno prelevate tramite un’apposita pompa a membrana ed inviate ad un reattore in vetroresina a sezione circolare e fondo tronco conico. Il reattore sarà dotato di agitatore ed un sistema di pompaggio liquidi per l’immissione della soluzione enzimatica. Dopo la reazione enzimatica, sempre usando lo stesso sistema di pompaggio verrà immessa la quantità desiderata di resina a scambio nel reattore e agitato per il tempo previsto. Finita la reazione di adsorbimento verrà fermato l’agitatore e fatta decantare la resina, poi spillato da uno dei fori laterali del reattore la maggior parte di acqua di vegetazione, ed infine usando un sistema di filtraggio a scacchi in “tessuto no tessuto” si arriverà a separare la resina a scambio ionico dall’acqua di vegetazione rimanente. La resina così separata si ritroverà già riposta in sacchi pronta per il trasporto all’impianto di desorbimento. L’acqua di vegetazione separata, andrà per gravità ad un pozzetto dove successivamente potrà essere inviata al depuratore e/o alla zona di stoccaggio definitivo. Si riportano nelle figure 1 e 2 gli schemi a blocchi dei due sistemi di ciclo di vita analizzati.



Figura 1 Schema a blocchi del ciclo di vita delle acque reflue di frantoio. Prima ipotesi: utilizzo per fertirrigazione



Figura 2 Schema a blocchi del ciclo di vita delle acque reflue di frantoio. Seconda ipotesi: recupero e trattamento per ottenere polifenoli



Valutazione ambientale e interpretazione dei risultati

Nella Tabella 1 e nella Figura 3 sono riportati i principali risultati dell’analisi del processo di recupero delle acque di vegetazione (A.V.) per fertirrigazione; mentre nella Tabella 2 e nella Figura 4 sono riportati i risultati dell’analisi del processo di recupero delle A.V. con recupero e trattamento di polifenoli. Dall’analisi della Valutazione il cui diagramma è in Figura 1, risulta che: il danno totale è di 0,341 Pt dovuti per il 89,34% al processo di trasporto (Truck 16t ETH) delle A.V. dalla vasca al terreno; per il 11,78% al materiale in calcestruzzo della vasca di stoccaggio delle acque (Concrete). Il guadagno dovuto al prodotto evitato, Peat, un ammendante usato per i terreni agricoli, vale –0,0204Pt. Il danno totale è distribuito nelle tre categorie di danno nel modo seguente: Human Health 39,98%, Ecosystem Quality 14,9% e Resources 45,12%. Dall’analisi della Valutazione il cui diagramma è in Figura 2, risulta che: complessivamente si ha un vantaggio totale che vale –37.9 Pt, dovuti per il -173.8% all’enzima, per il -1.087% al prodotto evitato Phenol ETH; il danno tot. è dovuto al 43% alla resina; il danno totale è distribuito nelle tre categorie di danno nel modo seguente: Human Health –179,2%, Ecosystem Quality 15,74% e Resources 63,46%.

Tabella 1 Risultati principali dell’analisi di Caratterizzazione nel processo di recupero delle acque di vegetazione (A.V.) per fertirrigazione


Figura 3 Diagramma della Valutazione del processo di recupero delle A.V.per fertirrigazione


Tabella 2 Risultati principali dell’analisi di Caratterizzazione nel processo di recupero delle A.V. con trattamento per l’ottenimento di polifenoli


Figura 4 Diagramma della Valutazione del processo di recupero delle A.V.con trattamento per l’ottenimento di polifenoli



Conclusioni generali

I risultati ottenuti da questo studio preliminare di LCA, che confronta l’uso di acque reflue per fertirrigazione con la loro possibile utilizzazione per l’ottenimento di estratti polifenolici ad elevato valore biologico, mostrano come quest’ultimo evidenzi un vantaggio, in termini di minor impatto ambientale, oltre a costituire una potenziale fonte di guadagno per il settore olivicolo-oleario. Infatti, dai risultati dell’analisi di valutazione risulta che il processo di recupero delle A.V. per fertirrigazione produce un vantaggio tot. pari a –72,3 Pt, mentre il processo di recupero delle A.V. con trattamento per l’ottenimento di polifenoli produce un vantaggio tot. pari a –247 Pt.


Bibliografia

[1] Micarelli V., Notarnicola L. (1996), L'utilizzazione delle acque di vegetazione delle olive. Problemi e prospettive. Atti del XVII Congresso Nazionale di Merceologia. "Merci e cicli produttivi nel settore agroindustriale alle soglie del 21° secolo". Adriatica Editrice Salentina, vol.1.

[2] Olori L., De Fulvio S., Morgia P. (1990), Acque di vegetazione: le problematiche ambientali e gli aspetti igienico-sanitari. Inquinamento, (1) , pp. 40-46.

[3] Romani A., Baldi A., Mulinacci N.,Vincieri F.F., Mancini P. (1996), Acque reflue di frantoio: studio di composti polifenolici per un eventuale uso alternativo. Atti del XVII Congresso Nazionale di Merceologia "Merci e cicli produttivi nel settore agroindustriale alle soglie del 21° secolo". Adriatica Editrice Salentina., vol. 1.

[4] Mulinacci, Romani A.

[5] Ranalli A. (1990), Tecnologie di risanamento e recupero delle acque reflue degli oleifici. Parte I. Genio Rurale, n.4: pp. 27-44.

[6] Balice V., Carrieri C., Cera O. (1990), Caratteristiche analitiche delle acque di vegetazione. Nota I. Rivista Italiana Sostanze Grasse, vol.67: pp. 9-16.

[7] Siracusa G., Maggiore R., Risitano A., Bruca S., Patanè F. (1992), Progetto integrato chimico-fisico per la depurazione delle acque di vegetazione di frantoi oleari. Inquinamento, (7-8): pp. 48-51. Legge 8 ottobre 1976 n. 690: Conversione in legge, con modificazioni, del D.L. agosto 1976 n. 554 concernente proroga dei termini di cui gli art. 15, 16, 17 della Legge 10 maggio 1976 n. 319 riguardante norme per la tutela delle acque dall’inquinamento. Legge 24 dicembre 1979 n. 650: Imprese agricole da considerarsi insediamenti civili. Legge 24 marzo 1987 n. 119: Conversione in Legge del D.L. 26/1/87 n. 10 recanti « disposizioni urgenti in materia di scarichi dai frantoi oleari. Legge 11 novembre 1996 n. 574: Nuove norme in materia di utilizzazione agronomica delle acque di vegetazione e di scarichi di frantoi oleari.

[8] Amirante P., G.C. Di Renzo e C. Bruno, Tecnologia e Impianti per il trattamento dei reflui dei frantoi oleari, Seminario internazionale sul trattamento delle acque reflue degli oleifici, organizzato da Consiglio Oleicolo Internazionale, da APROL, Associazione tra Produttori Olivicoli della provincia di Lecce, Collana di Agricoltura e Agroindustria, Conte Editore.

[9] Olivieri G. e altri, LCA per acque reflue del settore olivicolo-oleario, DOC. ENEA PROT – P135 – 052, pp.1-13, Bologna,2003.