Influence of the collection equipment on organic waste treatments: technical and environmental analyses

The organic fraction is generally the most relevant among all the separately collected materials in the municipal solid waste. This fraction is mainly composed of food waste, together with green waste. In addition, the amount of compostable bioplastics conferred within the organic waste has rapidly grown in recent years. Despite the increasing amount of different bioplastic items, in Italy a relevant contribution is due to the bags employed for the collection of food waste. They include those specifically designed and sold for this purpose (dedicated bags) and the bags used for the overall shop at the supermarkets (shopper bags) that can be reused for the food waste collection. Alongside, a less widespread typology of recycled paper bag specifically designed for the collection of food waste is available. Unfortunately, a non-negligible amount of conventional plastic bags is still found, despite being phased-out since many years. This research was carried out with the aim to analyse the environmental and energy performances of the overall treatment chain of the food waste collected from households, with a particular focus on the impact of the different types of collection bags. First, the behaviour of the food waste during the household storage was examined. Then, the treatment stage was examined by performing Biochemical Methane Potential (BMP) tests on bioplastic and paper bags to characterise their behaviour under anaerobic conditions. Subsequently, to better simulate the real operating conditions in full-scale digesters, collection bags were subjected to semi-continuous co-digestion tests with food waste. Finally, the environmental performances of the overall food waste management chain were evaluated, by means of the Life Cycle Assessment (LCA) methodology, comparing two systems in which the employed collection bags are respectively made of bioplastic and paper. According to the results of the whole study, the increase of the use of paper collection bags in a current system characterised by bioplastic bags should be encouraged. First, paper bags allowed for higher weight losses during the household storage tests, with a lower odour and leachate release during their use. Results of BMP tests under mesophilic conditions and co-digestion semi-continuous tests showed a very low anaerobic degradability of bioplastic bags, also confirmed by the physical status of the undigested bag pieces. On the contrary, a very good compatibility with the anaerobic digestion process was shown by the tested paper bag. Finally, the comparative LCA highlighted a beneficial influence associated with the use of recycled paper bags instead of bioplastic bags, in particular dedicated ones.

La frazione organica è generalmente la più rilevante tra tutti i materiali da raccolta differenziata dei rifiuti solidi urbani. In aggiunta alla frazione umida (rifiuto alimentare) e al verde, la quantità di bioplastiche compostabili conferita con i rifiuti organici è cresciuta rapidamente negli ultimi anni. In Italia, nonostante la crescente quantità di diversi manufatti in bioplastica, il principale contributo è costituito dai sacchetti impiegati per la raccolta del rifiuto alimentare. Escludendo i materiali non idonei (principalmente le plastiche convenzionali), gli attuali sistemi di raccolta differenziata si basano principalmente sull’utilizzo di sacchetti in bioplastica con manufatti appositamente venduti a tale scopo (dedicati) e sacchetti utilizzati per il trasporto a casa della spesa dai supermercati (shopper) che possono essere riutilizzati per la raccolta del rifiuto alimentare. Anche se meno diffusa, esiste una tipologia alternativa di sacchetto in carta riciclata appositamente studiata per la raccolta del rifiuto alimentare. La ricerca presentata in questa tesi è stata condotta con l’obiettivo di analizzare le prestazioni ambientali ed energetiche dell'intera filiera di trattamento del rifiuto alimentare domestico, valutando come esse siano influenzate dalle diverse tipologie di sacchetto utilizzabili per la sua raccolta. In primo luogo, è stata analizzata la fase di stoccaggio domestico del rifiuto. Successivamente è stata considerata la fase di trattamento effettuando test di biometanazione (BMP) sui sacchetti in bioplastica e carta per caratterizzarne il comportamento in condizioni anaerobiche. Successivamente, per meglio simulare le reali condizioni di funzionamento dei digestori a scala reale, i sacchetti sono stati sottoposti a prove di co-digestione in semi-continuo con il rifiuto alimentare. Infine, sono state valutate le prestazioni ambientali dell’intera filiera di gestione del rifiuto alimentare tramite un’analisi del ciclo di vita (LCA), confrontando due sistemi in cui i sacchetti per la raccolta sono rispettivamente in bioplastica e in carta. I risultati dell’intero studio mostrano, per tutte le fasi della filiera analizzate, un’influenza positiva associata all’utilizzo dei sacchetti in carta in luogo di quelli in bioplastica. In primo luogo, i sacchetti in carta garantiscono una maggiore perdita di peso durante la fase di stoccaggio domestico del rifiuto, con un minore rilascio di odori e percolato. I risultati dei test BMP in condizioni mesofile e dei test di co-digestione in semi-continuo hanno evidenziato una degradabilità anaerobica dei sacchetti in bioplastica estremamente scarsa, confermata anche dallo stato fisico dei residui non degradati. Al contrario, il sacchetto in carta ha mostrato un’elevata compatibilità con il processo di digestione anaerobica. Infine, la LCA comparativa ha evidenziato una riduzione dei potenziali impatti ambientali con l’utilizzo di sacchetti in carta riciclata in luogo dei sacchetti di bioplastica (in particolare se dedicati).