Metody biologiczne

Biologiczne metody przeróbki odpadów bazują na rozkładzie substancji orga­nicznych przez zespoły mikroorganizmów. Rozkład ten prowadzi do zmniej­szenia pierwotnej ilości substancji organicznych i może następować w procesie kompostowania z doprowadzeniem powietrza lub przez produkcję biogazu bez dostępu powietrza.

Cel metod biologicznych można z jednej strony określić jako przygotowanie do wykorzystania gospodarczego, z drugiej strony jako metodę utylizacji. Gromadzo­ne oddzielnie odpady organiczne stanowią duży potencjał do gospodarczego wykorzystania, który może być spożytkowany w instalacjach do kompostowania lub fermentacji, lub w układach połączonych. Stosując metody biologiczne do uty­lizacji odpadów resztkowych pozostałych po oddzieleniu surowców wtórnych można osiągnąć, jako alternatywa do spalania, tak zwane zimne ich zobojętnianie (Kalte Inertiesierung) zanim zostaną przeznaczone do składowania. Obowiązujące od roku 1993 przepisy zawarte w Instrukcji Technicznej Odpady Komunalne (TA Siedlungsabfall) wymagają zawsze przeprowadzenia badań nad podatnością odpa­dów na uzdatnianie biologiczno-mechaniczne.

4.3.1

Metody kompostowania

Kompostowanie, podobnie jak składowanie i spalanie należy do klasycznych metod przeróbki odpadów. Jest to metoda uzasadniona z punktu widzenia ekologii, ponieważ składniki organiczne odpadów, których udział stanowi około 40% masy odpadów komunalnych są ponownie wprowadzone do natu­ralnego obiegu materii. W porównaniu z innymi metodami zagospodarowania odpadów kompostowanie prowadzi tylko do niewielkich uciążliwości dla śro­dowiska.

W Republice Federalnej Niemiec w roku 1998 czynnych było 558 kompo­stowni odpadów organicznych (odpady biologiczne i roślinne) ze zbiórki se­lektywnej, które były w stanie przerobić rocznie ok. 6,7 miliona ton odpadów.

Obok kompostowania odpadów komunalnych, w kompostowniach można przerabiać w sposób zdecentralizowany odpady roślinne i inne organiczne po­chodzące z rolnictwa, ogrodnictwa i z własnych ogródków. W istocie rzeczy, kompostowanie zdecentralizowane, przede wszystkim w gęsto zabudowanych rejonach miejskich, nie może zastąpić technologicznej przeróbki w kompo­stowniach. Natomiast rozwiązanie takie narzuca się na terenach rolniczych.

4.3.1.1

Podstawy procesu kompostowania

Uwarunkowania materiałowe

Odpady przeznaczone do kompostowania powinny składać się w przewadz< z biodegradowalnych substancji organicznych i zawierać możliwie małe ilości zanieczyszczeń szkodliwych. Najważniejsze grupy odpadów przydatnych o° kompostowania to:

4.3 Metody biologiczne 293

- odpady biologiczne (gromadzone selektywnie odpadki kuchenne i ogrodowe),

- odpady z ogrodów i parków,

- komunalnopodobne odpady z przemysłu i rzemiosła, odpady z kuchni,

- organiczne pozostałości przemysłu spożywczego,

- osad z oczyszczalni ścieków.

Udział tych grup odpadów w ogólnej masie odpadów powstających w Re­publice Federalnej Niemiec wynosi od 50 do 60%.

Rozkładalne substancje organiczne

Ogólna ilość substancji organicznych (S_{org og}) składa się z czynnej substancji organicznej, łatwo rozkładalnej biologicznie (S_{org rm}\^_a^) i trwałej substancji od­pornej na rozkład (S_nierozkład). Zależnie od udziału S_{org roz}y_aa odniesionego do ilości ogólnej substancji organicznej S_{org og} w wyniku rozkładu otrzymuje się mniejszą lub większą redukcję objętości.

Tablica 4.24 podaje informacje o udziale poszczególnych grup związków orga­nicznych w odpadach komunalnych oraz ich podatności na rozkład biologiczny.

Stosunek substancji biogennych

Rozkład substancji organicznej następuje dzięki pracy mikroorganizmów. Aby ten proces mikrobiologiczny mógł zachodzić niezbędne są odpowiednie pro­porcje pomiędzy substancjami odżywczymi. Obok rozkładalnych substancji organicznych również substancje mineralne są pożądane jako:

- dostarczyciele substancji odżywczych (azot, fosfor, potas),

- dostarczyciele mikroelementów dla mikroorganizmów i roślin,

- bufory alkaliczne do neutralizacji CO₂ i kwasów organicznych,

- czynniki adsorbujące pośrednie i końcowe produkty rozkładu,

- powierzchnia do rozwoju licznych gatunków mikroorganizmów.

Tablica 4.24. Podatność na rozkład biologiczny i obecność grup związków organicznych w odpa­dach komunalnych.

Grupy związków	Podatność na rozkład	Udział w odpadach [%]
Węglowodory	praktycznie żadna	Śladowy
Węglowodany
Cukier, skrobia	bardzo dobra	11
Hemicelulozy	bardzo dobra	63
Celuloza	dobra
Ligniny	trudna	19
Oleje, tłuszcze, woski	dobra	3
Białka
Mucyna (glikoproteid)	bardzo dobra	4
Keratyna (białko)	bardzo zła

Szczególne znaczenie ma stosunek ilościowy węgla do azotu (stosunek Surowce wyjściowe do rozkładu tlenowego powinny mieć optymalny ^stosunek C/N = 35/1, ponieważ dla przemian związanych z budową komórek i Wytwarzania energii przez mikroorganizmy jest on najkorzystniejszy. Optymalny stosunek ilościowy C/N można uzyskać dodając odpowiednie ilości od­padów jednorodnych: makulatury {C/N - 300), odpadków kuchennych (C/N = 25), osadów ściekowych (C/N = 15), słomy pszenicznej (C/N = 128), lub trocin (C/N = 500). Po zakończeniu rozkładu tlenowego stosunek C/N powinien zawierać się w granicach od 15 do 20, co odpowiada proporcji wy­stępowania tych pierwiastków w ziemi uprawnej.

Jeśli stosunek ilościowy C/N wyprodukowanego kompostu jest <20, to gleba po zmieszaniu z takim kompostem ubożeje w azot, jeśli stosunek ten jest wyraźnie mniejszy od 15 - azot jest uwalniany z gruntu, co wywiera wyraźnie toksyczny wpływ na rośliny.

Odczyn

Wartość odczynu powinna zawierać się pomiędzy pH 7 a pH 9 [4.160], przy czym parametr ten na początku rozkładu obniża się w wyniku tworzenia lot­nych kwasów tłuszczowych i nitryfikacji, a po wytworzeniu się nowych struk­tur bakterii powoli wzrasta [4.160]. Typowy przebieg zmian odczynu pH pod­czas rozkładu biologicznego ilustruje rysunek 4.110.

Uwarunkowania technologiczne

Zawartość wody

Mikroorganizmy pobierają składniki pokarmowe w postaci związków rozpuszczo­nych, które mogą przenikać przez membranę półprzepuszczalną (błona komórko­wa), wskutek czego w kompoście surowym zawartość wody ustala się na poziomie 55%. Przy wilgotności poniżej 20% przebieg procesów biologicznych jest niemożli­wy. Ponieważ zawartość wody w odpadach komunalnych wynosi 20-40%, należy zwiększyć wilgotność. Dobrym sposobem jest dodawanie osadu ściekowego.

Objętość powietrza w porach

Objętość powietrza w porach powinna utrzymywać się w granicach od 25 do 35% [4.160]. Objętość powietrza w porach i zawartość wody są zatem wobec siebie konkurencyjne.

Czas rozkładu w tygodniach Rys. 4.110. Typowy przebieg zmian odczynu pH podczas rozkładu biologicznego [4.16-].

4.3 Metody biologiczne 295

Zapotrzebowanie tlenu

Zapotrzebowanie tlenu do biologicznego rozkładu tlenowego wynosi ok. 2gO₂/g s. m. org. (= 2 litry powietrza na Ig świeżych odpadów) [4.160]. W miarę upływu czasu intensywność rozkładu biologicznego w jednostce cza­su spada i tym samym spada aktywność oddechowa mikroorganizmów. Naj­wyższego zużycia tlenu należy oczekiwać przy temperaturze rozkładu 60°C.

Napowietrzanie

W przypadku zamkniętych komór do kompostowania i napowietrzanych pryzm napowietrzanie odbywa się w wyniku procesów wtłaczania i odsysania. Zróżnico­wanie przepływu powietrza w zamkniętej przestrzeni okazuje się korzystne, gdyż unika się negatywnego oddziaływania wskutek ewentualnej nieszczelności komo­ry. W systemach nienapowietrzanych dostarczanie tlenu odbywa się w wyniku dyfuzji i ruchów termicznych, ewentualnie w wyniku przerzucania pryzm. Głębo­kość wnikania wskutek dyfuzji wynosi ok. 70 cm, co oznacza, że pryzmy nienapo-wietrzane nie mogą być zbyt wysokie. Podczas napowietrzania do pryzmy dopro­wadza się więcej powietrza, niż wynosi jego teoretyczne zapotrzebowanie, aby mieć pewność przebiegu procesu tlenowego. Niedobór tlenu może prowadzić do powstania procesów fermentacyjnych, gnilnych i tym samym do powstawania produktów o uciążliwym zapachu. Możliwość łatwej kontroli przebiegu procesów rozkładu zapewnia pomiar ilorazu respiracji (RQ) [4.169], który podaje stosunek CO₂ do O₂ w doprowadzanym i odprowadzanym powietrzu procesowym i tym samym jest wskaźnikiem stopnia zaopatrzenia w tlen.

Powierzchnia czynna

Aby rozkład substancji organicznych przebiegał skutecznie, potrzebna jest możliwie duża aktywna powierzchnia materiału przeznaczonego na kompost,

postowaniem materiał powinien być odpowiednio

co oznacza, że przed rozdrobniony [4.141].

Uwarunkowania biologiczne i przemiana energetyczna rozkładu w procesie kompos towania

Biorące udział w procesie kompostowania mikroorganizmy to:

bakterie tlenowe (aerobowe) i bakterie beztlenowe (anaerobowe) (w prze­wadze pałeczkowate i tworzące zarodniki),

- Aktinomycetales (grzyby promieniowce),

- pleśnie,

- glony i pierwotniaki.

Szczepienie materiału przeznaczonego do kompostowania nie jest konieczne, ponieważ wszystkie wymagane do prawidłowego jego przebiegu bakterie są w rym materiale. Np. l gram osadu ściekowego zawiera kilka miliardów bakterii.

Przemiana materii

Mikroorganizmy zużywają zaledwie 20% organicznych związków węgla na budowę własnych komórek, podczas gdy pozostałe 80% węgla organicznego Zamieniane jest na produkty pośrednie i tym samym służy pozyskiwaniu ener­gii. Uwalniana energia chemiczna objawia się w formie ciepła i prowadzi do samorzutnego ogrzewania się kompostu. Nadmiar energii cieplnej wynosi około 33 do 41 kj/g węgla [4.160].

Przebieg rozkładu w procesie kompostowania, zmiany temperatury W procesie kompostowania dochodzi do uwarunkowanej zmianami tempe­ratury zmiany składu mikroorganizmów (rys. 4.111). W zależności od tempe­ratury rozróżnia się następujące procesy:

- psychrofilne (bakterie, pleśnie), w temperaturze od -4 do 30°C,

- mezofilne (bakterie, Actinomycetales), w temperaturze od 10 do 45°C,

- termofilne (bakterie, Actinomycetales, zarodniki mezofilowe), w tempera­turze od 45 do 65°C,

jak również pojedyncze gatunki termofilne, które'występują jeszcze w tempe­raturze 75°C.

Powyżej 75°C nie zachodzą już żadne przemiany biologiczne. Rys. 4.111 pokazuje rozkład temperatury w masie kompostowej. Rozróżnia się następują­ce fazy rozkładu tlenowego:

- Faza wpracowania organizmów mezofilowych, która trwa od 12 do 24 go­dzin. Aż do samorzutnego zwiększenia się temperatury do 45°C występuje przyspieszone rozmnażanie się bakterii mezofilowych, powyżej tej tempera­tury zaczyna ubywać bakterii chorobotwórczych, a rozpoczyna się namna-żanie populacji termofilnej.

- Faza organizmów termofilowych o dużej szybkości namnażania się w zakre­sie temperatur od 45 do 55°C. Powyżej 55°C liczba bakterii spada w sposób ciągły aż do 75°C. Przypadki samorzutnego wzrostu temperatury do ok. 100°C pochodzą prawdopodobnie z reakcji czysto chemicznych (auto-oksydacja, piroliza, reakcja Maillarda). Uszkodzenia mikroorganizmów z ty­tułu podwyższonej temperatury mogą przy tym skutkować zahamowaniem procesów biologicznych mimo skutecznego schłodzenia, przez co możliwe są błędne wnioski o przebiegu kompostowania.

- Faza schładzania z ponownym wzrostem ilości bakterii mezofilowych w temperaturze poniżej 45°C. Szczególnie masowo rozwijają się promie-niowce, które są typowe dla kompostu dojrzałego.

Energia uwalniająca się w procesie kompostowania potrzebna jest dla same­go procesu, z tego względu nie ma możliwości gospodarczego wykorzystania energii cieplnej.

40°C

4.3 Metody biologiczne 297

Faza przemian energetycznych

Faza odtwarzania bakterii

Rys. 4.111. Przebieg zmian temperatury w pryzmie kompostowej [4.165].

Zakończenie procesu rozkładu

Proces rozkładu uznaje się za zakończony, gdy zaniknie biologiczna aktywność kompostu, a łatwo rozkładalne substancje organiczne zostaną przekształcone. Higienizacja, czyli eliminacja zarazków chorobotwórczych niebezpiecznych dla ludzi, zwierząt i roślin w dużym stopniu uzależniona jest od czasu trwania i temperatury procesu. Zgodnie z indeksem jakości higieniczno-bakteriolo-gicznej wymagany stopień higienizacji można osiągnąć w następujących wa­runkach:

- przy kompostowaniu w pryzmach otwartych z przerzucaniem: po 2 tygo­dniach w temperaturze wyższej od 55°C,

- przy kompostowaniu w brykietach (Metoda Brikollare): po 3 tygodniach w temperaturze wyższej od 60°C,

- przy kompostowaniu w bębnie obrotowym: jednakże tylko po zabiciu form wegetacyjnych: po 6-7 dniach w temperaturze wyższej od 60°C.

W celu oceny stopnia przekompostowania i jako kryterium przydatności kompostu stosuje się kilka metod, które jednakże nie opierają się na jednej, ogólnie obowiązującej skali. Metody te polegają na analizie aktywności biolo­gicznej i ustaleniu podatności roślin lub pomiarze aktywności oddechowej mi­kroorganizmów zawartych w kompoście. Najważniejsze metody to:

- próba samorzutnego ogrzewania się w naczyniu DEYAR,

- oznaczenie aktywności oddechowej mikroorganizmów w Sapromacie,

- test biologiczny jako kryterium podatności roślin lub korzeni na wzrost.

Intecosaurus lutulentus

Jak dotąd niewiele jeszcze przebadaną metodą biologicznego rozkładu odpa­dów jest wykorzystanie mikroorganizmu z gromady gadów o nazwie „Inteco­saurus lutulentus".

Dopiero w roku 1985 islandzcy biolodzy odkryli ten nowy gatunek gadów w brazylijskiej puszczy w pobliżu Amazonki. Dotychczas wykonane badania przez Zoologiczny Instytut Badawczy w Reykiayiku przyniosły wyniki wręcz nieprawdopodobne.

„Intecosaurus lutulentus" wykazuje metabolizm nieznany współczesnej na­uce, który może zasadniczo zrewolucjonizować tradycyjne metody gospodarki odpadami.

Pierwsze próby wykazały przypuszczalnie nieograniczoną zdolność przyj­mowania i przekształcania najróżniejszych substancji (organicznych, mineral­nych, syntetycznych) i efektywne wydzielanie przydatnych substancji organicz­nych. Takie właściwości pozwalają oczekiwać zastosowań w dowolnych dzie­dzinach, jeśli się one potwierdzą w skali technicznej poza laboratorium. Można przypuszczać, że gospodarka odpadami posłuży się w przyszłości tymi nowymi możliwościami.

Emisja pyłów związana jest ze wszystkimi metodami kompostowania. Przez odsysanie i odpylanie powietrza ze zbiorników lub pomieszczeń do komposto­wania, jak również przez przerzucanie pryzm kompostowych w sposób nie powodujący zapylenia, w zasadzie zawsze istnieje możliwość utrzymania bar­dzo małej emisji [4.174]. Szczególną uwagę przy organizacji stanowisk do kompostowania należy poświęcać obciążeniu środowiska substancjami odoro-twórczyrni (osmogenami), które pochodzą częściowo z dostawy materiału wyj­ściowego, a częściowo rozprzestrzeniają się podczas przerzucania pryzm. Roz­różnia się substancje odorotwórcze biogenne i abiogenne:

1. Substancje odorotwórcze biogenne:

- łatwe do uniknięcia produkty przemian gnilnych i beztlenowych (H₂S, merkaptany, cysteina - kwas aminopropionowy),

- nie dające się uniknąć pośrednie produkty przemian biologicznych (kwa­sy organiczne itp.),

- specyficzne produkty kompostowania (aldehydy, geosmina, limonen).

2. Substancje zapachowe abiogenne

Odory z fermentacji na gorąco, powstające w wyniku chemicznych prze­mian kompostowanego materiału.

Źródłem emisji jest strefa składowania, strefa intensywnego kompostowa­nia i obszar wokół przerzucanych pryzm.

Pomiary odorów można przeprowadzić instrumentalnymi metodami che­micznymi. Należą do nich fotometria płomieniowa (FID), w której dokonuje się pomiaru całkowitego węgla organicznego - TOĆ, lub połączone metody chromatografia gazowa - spektrometria masowa (GC-MS), gdzie sporządza się osmogram poszczególnych składników, ewentualnie metoda olfaktome-tryczna z określeniem progu zapachowego.

Zwalczanie odorów może się odbywać przez:

- spalanie powietrza odlotowego (np. wykorzystanie powietrza odsysanego z zasobników jako zasilanie instalacji do spalania odpadów komunalnych),

- adsorpcję substancji zapachowych na węglu aktywnym lub adsorpcję w fa­zie ciekłej połączoną z utlenianiem, np. ozonem,

- filtrację przez złoża, np. biofjltr.

Filtracja powietrza przez złoże

Wśród wymienionych możliwości, filtracja przez złoże ziemne wydaje się naj­bardziej ekonomiczną i skuteczną metodą zwalczania przykrych zapachów. W metodzie tej zanieczyszczenia zatrzymywane są na nośniku stałym (np. kompost, torf, wrzos lub kora drzewna) i rozkładane przez mikroorganizmy, które zasiedlają nawilżony materiał. Aby utrzymać aktywność mikroorgani­zmów na wysokim poziomie, należy utrzymywać w ścisłych granicach wyma­gania środowiskowe tych bakterii pod względem wilgotności złoża, zawartości tlenu, temperatury i odczynu. Zawartość wody należy utrzymywać w prze­dziale od 20 do 40%, czas kontaktu od 0,5 do l minuty, a prędkość filtracji średnio l m/min. Obciążenie powierzchniowe filtru przyjmuje się na poziomie ok. 100 nrVm²-h [4.161, 4.162, 4.163).

4.3.1.2

Kompostowanie odpadów biologicznych

Kompostowanie odpadów biologicznych zyskało w ostatnich latach wyraźnie na znaczeniu. Podczas gdy w latach 1987/88 w Republice Federalnej Niemiec (obecne stare kraje związkowe) 430 000 gospodarstw domowych przyłączo­nych było do bieżącej przeróbki odpadów biologicznych, to liczba ta wzrosła w roku 1999 do ok. 20 milionów gospodarstw. Obecnie w eksploatacji znaj­duje się 558 kompostowni, które obok odpadów biologicznych przerabiają także odpady zielone.

Podatna na kompostowanie organiczna frakcja odpadów komunalnych (od­pady z ogrodów, owoców, warzyw, resztki pożywienia oraz papier higieniczny) wynosi średnio w roku ok. 30% strumienia masy odpadów komunalnych. W skali roku udział ten osiąga wartość szczytową ok. 60% w miesiącach je­siennych. Uznaje się powszechnie za regułę, że ilość odpadów biologicznych w miastach jest mniejsza, niż na wsiach. Różnice w niektórych przypadkach są dość duże.

W tablicy 4.25 podano wskaźniki nagromadzenia masowego dla miast śred­nich i dużych oraz terenów wiejskich.

Tablica 4.25. Wskaźniki nagromadzenia masowego odpadów biologicznych z gospodarstw do­mowych (1992) [4.106].

Miejsce powstawania

Wskaźnik nagromadzenia

[kg/M-a]

Miasta średnie i duże 70-120

Tereny wiejskie 80-180

W wyniku różnych przepisów (m.in. Rozporządzenia o opakowaniach) w ostatnich latach skład odpadów komunalnych wyraźnie się zmienił. Udział składników nieorganicznych wyraźnie się zmniejszył, natomiast stwierdzono względny wzrost frakcji organicznej w nagromadzeniu odpadów resztkowych [4.106].

Wydana w 1993 Instrukcja Techniczna Odpady Komunalne (TA Siedlung-sabfall) traktuje odpady biologiczne w całości odpadów komunalnych jako surowiec wtórny i w tej sytuacji powinny one być wykorzystywane. Wszystkie kraje związkowe w lokalnych przepisach dotyczących odpadów zawarły nakaz ujmowania odpadów biologicznych w przeznaczonych do tego celu pojem­nikach.

Selektywne ujmowanie tej części odpadów zostało po raz pierwszy wy­próbowane w Witzenhausen i od tego czasu znacznie się rozpowszechniło. Zależnie od gęstości zabudowy, udziału w zbiórce, stopnia kompostowania we własnym zakresie, rodzaju pojemników do gromadzenia i pory roku można tym sposobem uzyskać od 20 do 200 kg/M-a. W pilotowym przedsięwzięciu zastosowania specjalnych pojemników do frakcji biologicznej w Getyndze, re­alizowanym w latach 1985-1987, zebrano 49,3% odpadów biologicznych do tychże pojemników. Na mieszkańca przypadało wtedy 131 kg/a zebranego materiału podatnego na kompostowanie [4.155].

Z reguły nawet w takich przypadkach należy liczyć się z zanieczyszczeniami w ilości od l do 5% przez papier, tekturę, tworzywa sztuczne, szkło i materiały wielowarstwowe. Jakość kompostu z odpadów biologicznych, w porówna­niu z kompostem z normalnych odpadów komunalnych wykazuje wyraźnie korzystniejsze wskaźniki, szczególnie w odniesieniu do zawartości metali cięż­kich. Zawartość zanieczyszczeń w kompoście otrzymanym w wyniku zbiórki selektywnej jest mniejsza (tabl. 4.26).

Tablica 4.26. Zawartość metali ciężkich w kompoście otrzymanym z selek­tywnej zbiórki w Getyndze (1987); porównanie z wartościami zalecanymi przez Rozporządzenie o odpadach biologicznych.

Metal	Zawartość w kompoście wg Rozp. o odpadach biol. 7 1998 [mg/kg s.m.] [mg/kg s. m.]
	mm.
Zn	95
Cu	13
Cd	0,3
Cr	9
Pb	20
Ni	10
Hg	0,1

Schemat instalacji do kompostowania odpadów biologicznych

Schemat blokowy instalacji do kompostowania odpadów biologicznych bazuje na elementach typowych dla wszystkich instalacji do kompostowania (rys. 4.112), takich jak: przygotowanie wstępne, kompostowanie właściwe i uszlachetnianie końcowe. W trakcie przygotowania wstępnego ze zgromadzonego materiału oddziela się materiały utrudniające kompostowanie i poddaje się je rozdrabnianiu.

Dla następującego dalej procesu intensywnych przemian biologicznych można zastosować różne metody, których przydatność uwarunkowana jest w pierwszym rzędzie od wydajności {por. rozdz. 4.3.1.2.3). Jako zakończenie procesu materiał poddaje się uszlachetnianiu końcowemu, mającemu na celu wydzielenie pozostałych składników przeszkadzających.

Mieszanie

Urządzenia mieszające do homogenizacji materiału wyjściowego są interesują­ce przede wszystkim przy kompostowaniu zmieszanych odpadów komunal­nych. Przy kompostowaniu odpadów biologicznych można ich używać do równomiernego przemieszania z dodatkami strukturalnymi. W rachubę wcho­dzą urządzenia do mieszania długotrwałego (zbiorniki z mieszaniem, bębny obrotowe i młyny kulowe) oraz do mieszania krótkotrwałego (mieszadło ło­patkowe o podwójnym wale i mieszadła z dwoma ślimakami na jednym wale). Wytworzenie jednorodnej, homogenicznej mieszaniny przy krótkotrwałym mieszaniu zachodzi tym lepiej, im bardziej homogeniczne są mieszane składni­ki. Ujednorodnienie składu może nastąpić albo w wyniku segregacji wstępnej i separacji, albo przez mieszanie długotrwałe. Bęben obrotowy zapewnia dobre wyniki uśredniania przy czasie przetrzymania produktu wynoszącym ok. l go­dziny i obrotach w zakresie 13-15 obr./min. Przy zastosowaniu dynamicznego kompostowania wstępnego materiał poprawiający strukturę dodaje się bezpo­średnio do bębna kompostującego. Przy młynach kulowych dobry efekt mie­szania w bębnie o czasie przebywania 10-15 minut musi być wspomagany przez recyrkulację pozostałości z sita, co pozwala osiągnąć dobre rezultaty. Mieszadło łopatkowe o podwójnym wale może zapewnić dobre wyniki po jego właściwym dostosowaniu do podlegających wymieszaniu komponentów. Urządzenia te są dość czułe na zmiany wilgotności i konsystencji odpadów. Jako optymalną graniczną zawartość wody uznano wilgotność mieszaniny

0 wartości 55%. O przydatności eksploatacyjnej mieszadła z podwójnym śli­makiem na jednym wale brak na razie konkretnych informacji. Efekt wymie­szania w młynach udarowych jest niezadowalający [4.159].

Poszczególne urządzenia zostaną przedstawione w rozdziale 5.1.

Technologia kompostowania

Surowiec przeznaczony do kompostowania po wstępnym rozdrobnieniu w celu powiększenia powierzchni właściwej jest kompostowany wstępnie. Dalej mate­riał ten rozdrabnia się ponownie i przesiewa. Powstający produkt, tak zwany kompost świeży, jest zdezynfekowany, ale jeszcze nadal biologicznie przetwarza­ny. Materiał ten zazwyczaj doprowadza się do drugiej fazy, w wyniku której z kompostu świeżego po ponownym przesianiu otrzymuje się kompost dojrzały. Tlenowy rozkład biologiczny jest zasadniczym procesem w każdej kompo­stowni. Przy prowadzeniu procesu kompostowania powinny być spełnione następujące wymagania:

- przyspieszenie procesu przez optymalizację warunków rozkładu,

- sterowanie procesem w kierunku tlenowym, - kontrola emisji [4.159].

Wstępna faza rozkładu

Systemy kompostowania ze wstępną fazą są między innymi uzasadnione wte

dy, gdy w krótkim czasie należy produkować wprzewadze kompost śwież)

1 gdy w wyniku niesprzyjającej lokalizacji należy wyeliminować emisję odorów z pierwszego etapu intensywnego rozkładu.

Rozróżnia się statyczne i dynamiczne systemy kompostowania wstępnego-System statyczny wykazuje liczne zalety pod względem uproszczonej technologii procesu, kosztów, higienizacji i jakości kompostu oraz problemów z emisją, podczas gdy główną zaletą metody dynamicznej jest łatwość sterowania proce­sem. W wyniku tego można pewne etapy procesu rozkładu uruchomić niewąt­pliwie szybciej i szybciej przeprowadzić. Jednakże cel główny, czyli optymalnie sterowany dynamiczny proces jednoetapowy, o krótkim, mierzonym w dniach czasie kompostowania, prowadzący do wytworzenia kompostu dojrzałego, jak dotąd nie został jeszcze osiągnięty w żadnym ze znanych systemów [4.159].

Druga faza kompostowania

Dla uzyskania kompostu dojrzałego materiał pochodzący z fazy kompostowa­nia wstępnego należy poddać fazie drugiej, która najczęściej odbywa się w pry­zmach. Podczas gdy dawniej dojrzewanie kompostu prowadzono w pryzmach o przekroju trójkątnym, dziś najczęściej stosuje się pryzmy ruchome o prze­kroju trapezowym, które powodują szybkie kompostowanie i zajmują mało miejsca. Rys. 4.114 pokazuje porównanie zapotrzebowania powierzchni przy pryzmach trójkątnych i trapezowych.

Przyjmując plac o szerokości 11,6 m i wysokość pryzmy 1,3 m uzyskujemy nastę­pujące przekroje pryzm: 3 pryzmy trójkątne o łącznej powierzchni przekroju po­przecznego 5,07 m² i jedna szeroka pryzma trapezowa o powierzchni 13,26 m².

Metody dynamiczne

Metody te charakteryzują się ciągłym ruchem i napowietrzaniem komposto­wanego materiału. Ponieważ materiał nigdy nie znajduje się w spoczynku, nie mogą się w nim wytworzyć komórki grzybów, które przyczyniają się do prze­biegu pełnego kompostowania. Dynamiczne systemy wstępnego kompostowa­nia mają tę zaletę, że prowadzą do wysokiego stopnia homogenizacji kompo­stowanego materiału. W porównaniu z metodami statycznymi kompostowanie dynamiczne powoduje wprawdzie znaczną oszczędność czasu kompostowania wstępnego, ale jeśli 'ocenia się łączny czas potrzebny do pełnego kompostowa­nia to kompostowanie dynamiczne tego czasu nie skraca. Najistotniejsze me­tody dynamiczne to:

- obrotowe bębny kompostujące (biostabilizatory),

- pionowe bioreaktory do kompostowania.

Metody statyczne

Materiał poddawany kompostowaniu znajduje się w spoczynku, a napowie­trzanie odbywa się w sposób sztuczny lub naturalny. Ważniejsze metody sta­tyczne to:

- kompostowanie w pryzmach,

- metoda Brikollare (kompostowanie w brykietach),

- boksy i kontenery do kompostowania.

Kompostowanie w pryzmach

Jest to najstarsza metoda kompostowania. Głównym problemem w tej meto­dzie jest zapewnienie wystarczającego napowietrzania materiału, co może być osiągane tylko przy niewielkich wysokościach pryzm. Pryzmy wyższe muszą z tego powodu być albo przerzucane, albo systematycznie napowietrzane. W metodzie z przerzucaniem wysokość pryzm z powodu ich geometrii ograni­czona jest do 2,20 m, podczas gdy pryzmy systematycznie napowietrzane mogą być usypywane aż do wysokości 5 m. Kompostować w pryzmach można zarówno materiał rozdrobniony, jak i nierozdrobniony, jednak w tym ostatnim przypadku ujawnia się wiele wad. Mogą się np. tworzyć „kominy powietrz­ne", które przyczyniają się do wysychania pryzmy.

Do przerzucania używa się ładowarki kołowej lub specjalnych urządzeń przesypowych. Zapotrzebowanie powierzchni na tę formę kompostowania zależy od kształtu pryzm, ich wysokości, ilości odpadów i czasu kompostowa­nia. Wymagane jest odwadnianie placu do kompostowania rowami opaskowy­mi, aby powstające odcieki mogły być ujmowane w sposób kontrolowany. Korzystne jest również zadaszenie pryzm, aby wykluczyć zbyt wysoką wilgot­ność materiału jako skutek opadów atmosferycznych. Dzięki temu również minimalizuje się objętość odcieków.

Czas kompostowania do otrzymania kompostu dojrzałego wynosi:

- z przerzucaniem od 7 do 9 tygodni,

- bez przerzucania, ale z napowietrzaniem wymuszonym od 12 do 16 tygodni,

- bez przerzucania i bez napowietrzania wymuszonego od 20 do 25 tygodni.

Kompostowanie w pryzmach z przerzucaniem

Rozróżnia się pryzmy o przekroju trójkątnym i typowej wysokości 1,30 m, 1,80 m lub 2-2,50 m oraz pryzmy o przekroju trapezowym o wysokości 1,00 m. Napowietrzanie odbywa się wyłącznie podczas przerzucania wskutek naturalnej dyfuzji powietrza.

Kompostowanie w dużych pryzmach

Przy dużych wysokościach pryzm już od dawna opracowano systemy ich

sztucznego napowietrzania. Są to najbardziej popularne:

- napowietrzane płyty kompostujące (Heidenheim, Landau, Biotank),

- pryzmy formowane według szablonu (kompostowanie tunelowe wg WU-lischa),

- pryzmy zadaszone z regulowanym napowietrzaniem podłoża (Metoda Kompost, metoda Hangar).

Metoda Brikollare

Jest to specjalna forma kompostowania w pryzmach niewielkich wymiarów wyprasek odpadów biologicznych i masy zielonej. Rozkład biologiczny i wysy­chanie przebiega równocześnie i prowadzi do otrzymania po 5-6 tygodniach podsuszonego, stabilnego produktu o zawartości wody 30-40%. Sposób ten jest jedyną metodą szybkiego kompostowania zapewniającego pełną higieniza-cję i w związku z tym nie wymaga drugiego stopnia kompostowania.

Kompostowanie w boksach do kompostowania lub biokontenerach

Podstawą rozwoju techniki kompostowania statycznego w boksach było założenie, aby nadzorować na ile to możliwe przebieg kompostowania i mieć wpływ na ten proces, natomiast sprawa doprowadzenia powietrza i wody, ewentualnie wzbogaco­nej w substancje biogenne, znalazła się na drugim planie. Stosowane obecnie boksy do kompostowania można rozpatrywać jako obudowane i dołączone do systemów kompostowania pryzmy, o mniejszym lub większym stopniu automatyzacji. Jeśli mają formę i wymiary standardowych kontenerów wtedy noszą one nazwę konte­nerów do kompostowania. Założeniem koniecznym dla optymalnego przebiegu kompostowania jest daleko posunięte intensywne mieszanie odpadów. Boksy do kompostowania są to zamknięte pojemniki o pojemności od 30 do 60 m³. Rys. 4.118 przedstawia schemat ideowy kompostowania w tych urządzeniach.

Kompostowanie w boksach do kompostowania stosuje się jako fazę wstęp­ną, która trwa od 7 do 14 dni. Po procesie kompostowania wstępnego pro­dukt pośredni stwarza już mniej uciążliwości pod względem zapachu i odcie-ków i może być w drugiej fazie kompostowany w pryzmach trójkątnych lub formowanych według szablonu.

Systemy przerzucania

System nasypywania i przerzucania „Dynacomp"

W systemie tym kompost surowy transportowany jest z pojazdu rozładowcze­go na przenośnik doprowadzający, umieszczony powyżej komory leja zasypo­wego i dalej zgarniakowym przenośnikiem łańcuchowym. Przez otwory w dnie transportera materiał spada na powierzchnię kompostową tak długo, aż zostanie osiągnięta dolna krawędź przenośnika. Kolejne partie materiału są przesuwane dalej przez ruchomą krawędź zrzutową transportera. Tym sposo­bem mogą być formowane pryzmy o przekroju trójkąta, pryzmy według sza­blonu lub warstwowe. Za pomocą pionowego wału ślimakowego pryzma może być spulchniana, a w razie potrzeby również nawilżana. Po zakończeniu procesu kompostowania transporter kubełkowy opuszczany jest na pryzmę,

Faza l ukształtowanie pryzmy + rozładunek

Automatyczny zasyp po wstępnym uzdatnieniu 4
	t\--. ^ ; JgU^—i
	/ ł
!	_...-.• • .•;.••;;•.•.•:•..•.:•.•.-,.•.;•.
	Pryzma pierwotna

Faza II przesypywanie + napowietrzanie

n		¥
	|v A
&	^^^••y^^Wy-^l-^^^^^ /%&$\
	Faza III WENDEUN powrót do rozładunku	T ____ !
«S. bw™	ITT --------- =7-* .
i	P^ ^:f'^^i^^M^^^
t	Długość użytkowa hali kompostowni
	Całkowita długość hali

Przekrój przez halę kompostowni

Powietrze odlotowe

t, t, t . .

Napowietrzanie wymuszone,

szerokość pryzmy

Rys. 4.119. System na- i przesypowy „Wendelin" 14.189).

4.3 Metody biologiczne 311

następnie wybiera kubełkami zawartość pryzmy i przenosi kompost na pod­ziemny transporter rozładowczy, biegnący wzdłuż hali kompostowni.

System nasypywania i przerzucania „Wendelin"

Kompost surowy doprowadzany jest na most załadowczy dwoma ustawionymi równolegle do pryzmy przenośnikami. Most załadowczy jest ruchomy i może uformować pryzmę o wysokości do 3 m. Wózek poprzeczny z kołem łopatko­wym przenosi materiał z dołu do góry i podaje go ponad przenośnikiem o re­gulowanej wysokości kilka metrów do tyłu, tworząc w ten sposób nową pry­zmę. Przy okazji przesypywania można regulować założoną wstępnie wilgot­ność rozkładającego się materiału. Ostatnia część uformowanej pryzmy odpowiada końcowi pryzmy, która jest rozładowana przez „Wendelin" i może być kierowana do procesu końcowego uszlachetniania (por. rys. 4.119).

Uszlachetnianie końcowe/Konfekcjonowanie

Po zakończeniu okresu rozkładu biologicznego kompost jest biologicznie prze­tworzony. Jednakże zależnie od zawartości materiałów przeszkadzających i przewidywanego wykorzystania, mogą być stosowane różne warianty jego końcowego uszlachetniania.

Z reguły kompost z odpadów biologicznych przesiewa się, dzieląc go na dwie klasy sitowe i tzw. nadziarno. Obie frakcje sitowe poddaje się procesowi usuwania zanieczyszczeń twardych i po zmieszaniu tworzą one kompost nada­jący się do sprzedaży. Odsiewy, zawierające jeszcze dużo materiału wyjściowe­go najczęściej zawraca się do procesu kompostowania lub usuwa.

Innymi procesami uszlachetniania końcowego mogą być np. separator me­tali, wialnia do wydzielenia folii, albo rozdrabnianie końcowe nadziarna.

Technika przesiewania

Z punktu widzenia uzyskania kompostu o dobrej jakości i zadowalającej sku­teczności wystarcza przesiewanie końcowe. Do tego procesu używane są głów­nie samooczyszczające się sita z falującymi pokładami z matą gumową lub z wul-kolanu, ewentualnie sita bębnowe ze szczotkami i udarowym urządzeniem oczyszczającym. Przesiewanie dojrzałego kompostu zakłada redukcję wilgotno­ści w materiale po zakończeniu kompostowania do maks. 30% masy. Często stosowane wytrząsarki w normalnym wykonaniu mają dyskusyjną przydatność t- punktu widzenia skuteczności przesiewania i efektu użytkowego.

wydzielanie zanieczyszczeń twardych

w celu oddzielenia szkła, kamieni i innych odłamków o względnie dużym ciężarze właściwym stosuje się klasyfikatory powietrzne lub osadzarki. Separa­tory balistyczne nie zdołały zająć trwałego miejsca w tym zakresie. Najnowszy­mi osiągnięciami konstrukcyjnymi są klasyfikatory o zmiennym ruchu powie­trza (zygzakowate), klasyfikatory grawitacyjne i oddzielacze kamieni (maszyny sedymentacyjne).

Tablica 4.27. Łączna zawartość określonych pierwiastków w glebie [4.165, 4.153] i w kompo­ście [4.151] wg Rozporządzenia o odpadach biologicznych.

Metale ciężkie	Dopuszczalna zawartość [mg/kg s.m.] Kreda Glina	w glebie Piasek	Kompost [mg/kg s. m. j Uprawy leśne Uprawy rolne
Ołów	100	70	40
Kadm	1,5	1,0	0,4
Rtęć	1,0	0,5	0,1
Cynk	200	150	60
Miedź	60	40	20
Nikiel	70	50	15
Chrom	100	60	30

Z kolei z tablicy 4.28 wynika wyraźnie, że jakość kompostu przygotowane­go z odpadów mokrych i zmieszanych, z punktu widzenia zawartości metali ciężkich, jest nieodpowiednia i w takim przypadku kompostowania nie można traktować jako metody „gospodarczego wykorzystania" odpadów.

Tablica 4.28. Zawartość metali ciężkich w kompostach różnego pochodzenia, odniesiona do początkowej zawartości substancji organicznej i normowana przy 30% substancji organicznej w suchej masie w mg/kg s.m. [4.100],

Pierwiastek	Kompost biologiczny	Kompost biologiczny i papier	Kompost z odpadów roślinnych	Kompost z odpadów mokrych	Kompost z odpadków komun, zmieszanych	Zalecenia wg BGK*
Pb	77,64	78,6	60,8	449	513	-
Cd	0,78	0,74	0,70	2,6	5,5	-
Cr	33,73	31,7	27,04	72	71,4	-
Cu	43,24	58,2	32,67	238	274	-
Ni	19,13	16,1	17,53	30	44,9	-
Zn	232,82	273,8	167,82	850	1570	-
Hg	0,33	0,37	0,27	1,04	2,4	-
Normowana przy	30% subst.	org w suchej	masie
Pb	83,07	116,2	63,10	705	596	150
Cd	0,84	0,96	0,72	4,08	6,39	1,5
Cr	35,83	39,8	28,44	113,0	82,9	100
Cu	46,76	76,2	34,52	357,8	318	100
Ni	20,48	21,4	18,56	47,1	52,1	50
Zn	249,10	350,3	176,92	1334	1823	400
Hg	0,38	0,54	0,28	1,63	2,79	1,0

* BGK - Bundesgutegemeinschaft Kompost - Federalne Stowarzyszenie Jakości Kompostu

Zawartość metali ciężkich w kompoście z odpadów biologicznych może być spowodowana następującymi czynnikami:

- wysokie obciążenie gleby w ogródkach przydomowych, z których pochodzi większość odpadów biologicznych,

- zastosowanie substancji nieznanego pochodzenia do „poprawy struktury gleby",

- dodawanie do kompostu zmiotków ulicznych i liści,

- wykorzystanie środków nawozowych zawierających metale ciężkie, biocy-dów i obciążonego gruntu rodzimego w ogrodnictwie,

- wykorzystanie popiołów z pieców domowych we własnym ogrodzie jako „nawozu",

- spaliny samochodowe (ołów), które napływają do ogrodu drogą powietrzną,

- ocynkowane przedmioty, jak rynny dachowe, przewody wodociągowe i po­jemniki.

Zawartość metali ciężkich w kompostach z odpadów biologicznych i papie­ru pochodzi z różnych systemów druku i obróbki papieru. Jako skutek wyso­kiej zawartości substancji organicznych w papierze, może w wyniku procesów rozkładu biologicznego dojść do podwyższenia zawartości poszczególnych metali. Szczególnie w przypadku miedzi i cynku występują wyraźne różnice. Biorąc pod uwagę Rozporządzenie o opakowaniach należy w przyszłości liczyć się ze zmniejszeniem ilości papieru w odpadach, co przyczyni się do obniżenia ładunku metali ciężkich w kompoście biologicznym.

Zawartość soli w kompoście uchodzi za jeden z najistotniejszych parame­trów decydujących o prawidłowym stosowaniu kompostu. Kompost ze zbiórki selektywnej wykazuje znacznie niższe stężenie soli, niż kompost z odpadów zmieszanych. Podwyższone stężenie soli dopuszcza zastosowanie czystego kompostu jako podłoża glebowego tylko w wyjątkowych sytuacjach. Z zasady wymagane jest mieszanie kompostu z ziemią. Ta zasada dotyczy szczególnie przypadku zastosowania biokompostu w zastępstwie torfu. Badania prowa­dzone dla różnych rodzajów kompostów biologicznych wykazały, że przy śred­niej zawartości 3,89 g/I substancji świeżych, zastosowanie na terenach otwar­tych jest niedopuszczalne. Różnice w zawartości soli spowodowane są składem materiału wyjściowego i przez wymywanie soli. Materiał wyjściowy, który w procesie kompostowania składowany był na terenie zadaszonym, wykazuje wyższą zawartość soli, niż ten, w którym procesy rozkładu prowadzone były na wolnym powietrzu, gdyż opady wywołują silne wymywanie zanieczyszczeń.

Od osiągniętej jakości kompostu zależy w ostatecznym rozrachunku bezpo­średnio możliwość zbytu kompostu.

Zastosowania i możliwości wykorzystania kompostu

Szerokie spektrum możliwości zastosowania kompostu wymienia Instrukcja Robocza M 10 LAGA (Kryteria jakościowe i zalecenia odnośnie możliwości wykorzystania kompostu z odpadów i z mieszaniny odpady/osady) [4.138],

Kompost można stosować w ogrodnictwie do produkcji warzyw, w rolnictwie do uprawy polowej warzyw i traw pastewnych, w sadownictwie i w winnicach, w szkółkach drzew i do zazieleniania nieużytków. Zastosowanie kompostu poza rolnictwem ma w zasadzie tylko podłoże ekonomiczne. Tak np. kompost przy uprawie winorośli stosuje się do zwalczania erozji gleby (por. tablica 4.29).

Możliwości zbytu ma dzisiaj kompost dostosowany przede wszystkim do nionokultur, jak np. winnice, sady owocowe, plantacje chmielu, itp., ale głów­nym odbiorcą jest ogrodnictwo, szkółki leśne, cmentarze i projektanci ogrodów. Znaczna część kompostu jest obecnie używana również do kształtowania krajobrazu, dla zieleni miejskiej oraz rekultywacji składowisk.

Tablica 4.29. Dziedziny zastosowania dojrzałego kompostu biologicznego i roślinnego.

Zastosowanie	Kompost biologiczny [%]	Kompost roślinny [°/o]
Działki i małe ogródki	30	25
Ogrodnictwo zarobkowe	10	13
Ogrody i cmentarze	12	29
Zieleń uliczna	1	7
Zieleń krajobrazowa	29	13
Winnice	1	1
Rolnictwo	10	8
Zastosowania techniczne	2	-
Uszczelnienie składowisk	5	4

Winnice należą do klasycznej dziedziny zastosowania kompostu. W prze­szłości używano do tego również w dużych ilościach mniej wartościowe kom­posty. Z tego powodu w przyszłości nie będzie sprawiał trudności zbyt w re­gionach winnic, wartościowego jakościowo kompostu podwyższającego za­wartość humusu. Jako zalecenie do stosowania biokompostu w winnicach uznaje się dawkę nawozową od 3 do 6 kg/m², co trzy lata dla winnic bieżąco uprawianych i od 5 do 10 kg/m² dla nowo zakładanych.

Dotychczas w największym stopniu wykorzystywanym potencjałem zasto­sowania kompostu jest i będzie ogrodnictwo i rolnictwo. Jednakże dziś w ogrodnictwie, na miejsce tradycyjnie używanego kompostu, wchodzi w co­raz większym zakresie torf. Torf nie jest jednak najlepszym materiałem zastęp­czym kompostu. Właściwości kompostu wpływające na poprawę struktury gleby są o wiele wyższe. Torf zawiera niewiele pierwiastków podstawowych i śladowych i ponadto prowadzi do zakwaszenia gleby. Ponadto zapasy torfu w Europie wyczerpują się, a wydobycie torfu niszczy w sposób zasadniczy co­raz większe powierzchnie wartościowych i godnych zachowania biotopów. W ten sposób kompostowanie stanowi dodatkowy ważny przyczynek do ochrony przyrody i gleby.

Wg Rozporządzenia o kompoście i odpadach biologicznych, dla uporząd­kowanego, rolniczego wykorzystania kompostu uznaje się dawkę nie większą niż 20 ton s.m./ha, w przeciągu trzech lat. W wyjątkowych przypadkach moż­liwe jest zwiększenie tej dawki do 30 ton s.m./ha, również w ciągu 3 lat.

Dochody uzyskiwane ze sprzedaży kompostu wykazują duże wahania. Średni dochód z kompostu dojrzałego zawiera się średnio pomiędzy 20 i 30 DM/rrt> przy czym jednak za kompost wysokiej jakości można uzyskać znacznie wyż­sze ceny.

Jeśli porównamy nakłady energetyczne, które są wymagane, aby środkami technicznymi osiągnąć to, co w naturalny sposób gwarantuje kompost w za­kresie biologicznej, chemicznej i fizycznej poprawy struktury gleby, to zastoso­wanie kompostu gwarantuje wyraźną oszczędność pracy i energii. Dostępne są dość liczne szacunki dotyczące np. oszczędności energii przez zastąpienie kompostem nawozów sztucznych. Wymienia się wskaźnik oszczędności ener­gii ok. 1,2 GJ/Mg kompostu [4.150]. Aby przeciwdziałać wąskim „gardłom rynkowym, szczególnie w odniesieniu do wymagającej znacznych powierzchni zbiórce odpadów biologicznych, należy pilnie rozważyć możliwości wczesnego rozwoju marketingu. Godne zalecenia są przy tym środki wzmagające popyt, jak reklama, doradztwo i regularne potwierdzanie wysokiej jakości, aby utrzy­mać produkt na rynku.

Kompostowanie jako odzysk składników odżywczych z odpadów komunal­nych może przyczynić się do ponownego podniesienia zawartości humusu w glebie i poprawy struktury gleby. Problemy ze zbytem mają swoje przyczyny w niezadowalającej jakości produktu, jak np.

- w kompoście świeżym istnieje stale niebezpieczeństwo aktywności biologicznej,

- komposty mają widoczny udział zanieczyszczeń obcych, jak szkło lub two­rzywa sztuczne,

- komposty zawierające zbyt dużo metali ciężkich dla zastosowania w ogrod­nictwie lub rolnictwie.

Przy odpowiednich technikach wytwarzania możliwe jest uzyskanie kom­postu o wysokiej jakości. Kompost z odpadów biologicznych, na który nabyw­ca uzyskuje gwarancję potwierdzającą jakość ze strony państwowych instytucji kontrolnych i nadzorujących, znajdzie zawsze popyt jako środek uszlachetnia­jący glebę [4.174],

4.3.1.3

Kompostowanie odpadów stałych

Obok kompostowania odpadów biologicznych istnieją metody kompostowa­nia samego osadu ściekowego lub odpadów komunalnych i mieszaniny odpa-dowo/osadowej. Kompostowanie utrwaliło się na dobre w ostatnich latach jako jeden z możliwych sposobów stabilizacji osadów ściekowych z oczyszczal­ni miejskich i przemysłowych.

Podczas gdy zasięg kompostowania odpadów lub kompostowania mieszani­ny odpad/osad od dłuższego czasu przeżywa stagnację, a w przyszłości nie widać możliwości dalszych zastosowań, liczba „ instalacji do stabilizacji sa­mych osadów ściekowych¹' może wzrosnąć w Niemczech praktycznie do 30. Prognoza ta jest uzasadniona po pierwsze tym, że instalacje do kompostowa­nia osadów ściekowych są uruchamiane w przewadze na oczyszczalniach

0 przepustowości od 5 000 do 50 000 równoważnych mieszkańców (MR), a rozwój oczyszczalni w tym przedziale wielkości jest nieproporcjonalnie większy niż oczyszczalni małych lub bardzo dużych - powyżej 50 000 MR.

Z drugiej strony jednak kompostowanie odpadów i kompostowanie miesza­niny odpad /osad, które dotychczas realizowane było głównie w dużych oczysz­czalniach, przeżywa wyraźny regres z powodu trudności ze zbytem kompostu

¹ częściowo z powodu nie rozwiązanych problemów technicznych [4.157].

Podstawy przemian beztlenowych

Procesy biochemiczne

Bakterie metanowe znajdują się w środowisku naturalnym wszędzie tam, gdzie następuje rozkład biologiczny substancji organicznych przy braku powietrza, m.in. na bagnach i w osadach rzecznych, ale także w żołądkach przeżuwaczy. Są to obligatoryjne beztlenowce, a zatem mogą przeżyć tylko w środowisku pozbawionym tlenu. Ponieważ jednak zysk energetyczny z rozkładu substancji organicznych bez tlenu stanowi tylko 1/7 tego, co uzyskują bakterie tlenowe, beztlenowce rozmnażają się w odpowiednio wolniejszym tempie [4.116, 4.117].

Ich przemiana materii jest skazana na współpracę i symbiozę z innymi gru­pami bakterii. Z powodu tych etapów, cały proces prowadzący do wytwarza­nia metanu podzielono na trzy fazy (rys. 4.125].

W pierwszej fazie złożone substancje organiczne, jak węglowodany, tłuszcze i białka rozpadają się na cukry proste, kwasy tłuszczowe i aminokwasy dobrze rozpuszczalne w wodzie; ten stopień określany jest jako hydroliza.

W kolejnej fazie kwaśnej (zakwaszania), powstałe wcześniej połączenia roz­kładane są dalej przez bakterie acetogenne (kwasotwórcze) do kwasu propionowego i masłowego, wodoru i dwutlenku węgla oraz niższych alkoholi.

Obie grupy bakterii żyją w symbiozie przestrzennej. Ponieważ rozwój bak­terii acetogennych jest hamowany przez produkt ich własnej działalności, czyli wodór, dlatego skazane są one na oczekiwanie, aż środowisko zostanie odtru­te przez bakterie metanogenne. Z powodu tego życia w symbiozie pierwsze

4.3 Metody biologiczne 329

Substrat złożony Białka Węglowodany Tłuszcze

Hydroliza

Tworzenie kwasów

Tworzenie kwasu octowego

Tworzenie metanu

Bakterie fermentacyjne

Bakterie fermentacyjne

Bakterie acetogenne

Bakterie metanogenne

Rys. 4.125. Kolejne etapy procesu rozkładu beztlenowego [4.116],

dwie fazy służą wytwarzaniu kwasu octowego, a tworzenie metanu określane jest jako trzecia faza metanogenna. Ponieważ zysk energetyczny z przemian powodowanych przez bakterie metanowe jest bardzo mały i rozmnażają się one odpowiednio wolniej, metanogeneza ogranicza szybkość rozkładu beztle­nowego. W konkurencyjnej reakcji bakterie redukujące siarczany tworzą siar­kowodór z organicznych i nieorganicznych połączeń siarki i wodoru [4.117].

Wymagania odnośnie substratu

Substrat powinien zawierać wystarczające ilości biogennych substancji organicznych, aby umożliwić stabilny przebieg rozkładu. Rozkład beztlenowy związków o mniej­szych cząsteczkach przebiega szybciej i pełniej, niż wysokocząsteczkowych biopolimerów. A więc np. odpady roślinne i kuchenne różnią się wyraźnie w podatności na rozkład, gdyż odpady roślinne zawierają więcej trudno rozkładalnej ligninocelulozy, podczas gdy odpadki kuchenne zawierają więcej wilgoci, mają więcej pierwiastków pokarmowych i maja korzystniejszą (miękką) strukturę [4.118].

Substancje hamujące mogą ograniczać produktywność bakterii lub nawet ją całkowicie zatrzymać. Przy fermentacji odpadów z gospodarstw domowych sub­stancjami hamującymi mogą być np. trafiające do odpadów antybiotyki i środki dezynfekujące. Generalnie działanie hamujące, a powyżej pewnych stężeń nawet toksyczne mają metale ciężkie i sole [4.128]. Jednakże do swojego wzrostu bakte­rie potrzebują również substancji odżywczych i pierwiastków śladowych.

Parametry technologiczne

W wyniku ewolucji powstały różne gatunki bakterii metanowych, różniące się swymi preferencjami temperaturowymi. Wyróżnia się trzy zakresy temperatu­ry charakteryzujące się podwyższoną produkcją gazu:

- zakres psychrofilny, o temperaturze ok. 10°C,

- zakres mezofilny, o temperaturze 32-50°C,

- zakres termofilny, o temperaturze 50-70°C.

Aby utrzymać w reaktorze temperaturę charakterystyczną dla fermentacji termofilowej, konieczny jest zwiększony wydatek energii i nakłady techniczne. Ponieważ przemiany termofilowe przebiegają również niestabilnie z powodów biologicznych, najczęściej wykorzystywana jest fermentacja mezofilowa. W rolnictwie wykorzystuje się niekiedy urządzenia do fermentacji psychrofilo-wej, czyli ok. 10°C. Jednakże w tym przypadku ładunek substratu jest tak mały, a wymagana objętość tak duża, że przy przeróbce odpadów ten zakres temperatury nie wchodzi w rachubę.

Bakterie pierwszej fazy korzystniej rozwijają się przy lekko kwaśnym pH, podczas gdy bakterie metanowe pracują stabilnie tylko przy odczynie obojęt­nym. Ponieważ „producenci" kwasów rozwijają się szybciej, odczyn może przej­ściowo spadać w wyniku ich aktywnej działalności, co obniża produkcję meta­nu, ponieważ substrat charakteryzuje się tylko niewielką pojemnością buforową.

Czas fermentacji

Czas fermentacji zależy od temperatury, obciążenia komór fermentacyjnych, czyli stężenia substratu w reaktorze, stężenia aktywnej biomasy i wymaganego stopnia rozkładu. Wspominany już wyżej powolny wzrost bakterii metanowych stwarza problem, jak wzbogacić lub przynajmniej utrzymać aktywną bio­masę, by skrócić czas fermentacji. Można to osiągnąć przez immobilizację bio­masy na nośniku w złożu stałym albo zawieszonym, przez recyrkulację osadu lub wody nadosadowej. Wprowadzenie do reaktora obojętnych, stałych wy­pełniaczy lub inertnych cząstek, na których bakterie utrzymują się w wyniku adhezji, możliwe jest tylko przy oczyszczaniu ścieków, gdyż przy zasilaniu re­aktora odpadami stałymi lub mazistymi złoże szybko zapchałoby się, ewentual­nie zawieszony nośnik byłby wynoszony.

Ponieważ biocenoza bakterii beztlenowych bazuje na mniejszej ilości gatun­ków niż przy rozkładzie tlenowym i musi powstawać dopiero podczas rozru­chu, ta początkowa faza uruchamiania reaktora beztlenowego trwa dłużej, co odbija się również na późniejszej wydajności. Z drugiej strony jednak istnieje możliwość, że przy dłuższej, niezakłóconej eksploatacji i używaniu jednorod­nego substratu następuje adaptacja bakterii i wzrost wydajności.

Zbyt produktów recyklingu

W zasadzie te standardy powinny być dotrzymywane nawet w sytuacjach, kiedy nie przewiduje się bezpośredniej uciążliwości dla środowiska. Wytwarza­nie jednorodnego produktu o wysokiej jakości jest naprawdę konieczne z punktu widzenia długookresowego sukcesu rynkowego. Przy deklarowanej zawartości substancji pokarmowych można ponadto sformułować ścisłe zale­cenia dotyczące stosowania.

Rozporządzenie o osadach ściekowych pozwala zastosować osad w celach nawozowych w ilości 5 Mg suchej masy na hektar w ciągu trzech lat lub l,67 Mg suchej masy na hektar rocznie. W przypadku kompostu z osadów ściekowych można dopuścić dawkę 10 Mg suchej masy/ha w ciągu trzech lat, przy zawartości zanieczyszczeń wynoszącej zaledwie połowę wartości dopusz­czalnych [5.130].

Wymagania dotyczące gwarancji sanitarno-higienicznych (higiena człowie­ka, higiena weterynaryjna i fitohigiena) końcowego produktu, którym jest kompost, są bezwzględnym warunkiem oceny kompostu. Warunek ten jest osiągnięty, jeśli czynniki chorobotwórcze w odniesieniu do człowieka, zwierząt i roślin są wyeliminowane z absolutną pewnością.

Stopień dojrzałości kompostu świadczy o tym, na ile zostały przetworzone łatwo rozkładalne biologicznie substancje organiczne. Charakteryzuje on aktu­alny stan zaawansowania procesu rozkładu i stanowi pewien stopień na ogól­nie przyjętej skali wartości, które charakteryzują w sposób porównywalny stan zaawansowania rozkładu (tablica 5.29). Charakterystycznym wskaźnikiem stopnia dojrzałości kompostu jest maksymalna temperatura, osiągana w próbie samoogrzewania.

Wartość kompostu jako środka poprawiającego jakość gleby polega szcze­gólnie na obecności substancji organicznych. Zawartość substancji organicz­nych wynosi na ogół 35% w suchej masie. Zawartość ta oznaczana jest jako strata przy prażeniu.

5.3 Perspektywy zbytu produktów recyklingu 481

Kompost zawiera ponadto sole rozpuszczalne w wodzie, głównie chlorki i siarczany metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych. Kompost o dużej zawartości substancji pokarmowych wykazuje z reguły wyższą zawartość soli i przeciwnie - kompost ubogi wykazuje niższą zawartość soli. Wyższa zawar­tość soli wykazuje duży wpływ na funkcjonowanie korzeni i tym samym na wzrost roślin. Jako czysty substrat kompost nie jest właściwy dla roślin ze względu właśnie na zawartość soli.

Kompost zawiera wszystkie składniki niezbędne do wzrostu roślin, zarów­no te główne, jak i te śladowe. Jako główne składniki pokarmowe uznaje się azot, fosfor, potas, magnez i wapń. Jako składniki śladowe wymieniane są żelazo, mangan, cynk, miedź, bór i molibden.

Tablica 5.29. Charakterystyka stopnia dojrzałości kompostu odpowiadająca maksymalnej tempe­raturze uzyskiwanej w próbie samoogrzewania [5.107],

Stopień przefermentowania	t max °C	Określenie produktu
I	>60	Surowiec na kompost
II	50-60	Kompost świeży
III	40-50	Kompost świeży
rv	30-40	Kompost dojrzały
V	<30	Kompost dojrzały

Tablica 5.30. Kryrerialne cechy i składniki kompostu [5.107].

Parametry	Jednostki Wartość średnia
Strata prażenia (s.org)	[% s.m]
Pozostałość po prażeniu	[% s.m]
Zawartość wody	[%]
Ciężar objętościowy	g/1
Sole rozpuszczalne	g/1
Odczyn	PH
Azot ogólny	[% s.m]
Azot mineralny	[mg/l m.4w.]
Fosfor og. (P, O5 )	[% s.m]
Fosfor rozp. (P2 O5 )	[mg/1 m A w.]
Potas og. (K2 O)	[% s.m]
Potas rozp. (K2 O)	[mg/1 m.św.]
Magnez og. (Mg O)	[% s.m]
Magnez rozp. (Mg O)	[mg/1 m.św]
Wapń og. (Ca O)	[% s.m]

m.św. - masa świeża

Zanieczyszczenia obce są składnikami niepożądanymi, gdyż mają one nega­tywny wpływ na typowy obraz kompostu i tym samym jego wartość użytkową i możliwości zbytu. Jako zanieczyszczenia obce wymienia się przede wszystkim szkło, tworzywa sztuczne, materiały wieloskładnikowe, metale i inne substan­cje niepotrzebne w procesie kompostowania.

W przeciwieństwie do organicznych składników kompostu, metale ciężkie nie podlegają rozkładowi biologicznemu, a zatem, w procesie kompostowania materiał wzbogaca się w metale. Kompost dojrzały wykazuje z reguły większą zawartość metali, niż kompost świeży.

W celu jednolitej oceny zawartości metali ciężkich w kompoście o różnym stopniu przekompostowania i zróżnicowanej wartości nawozowej, ustaloną w każdym kompoście zawartość metali ciężkich przelicza się, przyjmując jako podstawę kompost standardowy z zawartością 70% części mineralnych i 30% części organicznych, wg równania:

SM_30% = SM_P-70/(100 - GV_P)

We wzorze tym:

SM_300/0 - zawartość metali ciężkich [mg/kg s.m.] normowana dla kompostu

z 30% stratą przy prażeniu,

SM_P - zawartość metali ciężkich [mg/kg s.m] w kompoście badanym, GV_P • strata przy prażeniu [% s.m.] dla kompostu badanego.

Wytyczne ograniczające zawartość metali ciężkich, mają na celu odróżnie­nie produktów nadających się do wykorzystania surowcowego, od surowcowo nieprzydatnych, ewentualnie podają charakterystykę produktu przydatnego jako nawóz w produkcji roślinnej. Należy zaprzestać rozprowadzania kompo­stu, w którym przekroczone są zawartości metali określone w wytycznych.

Tablica 5.31. Zalecane maksymalne dopuszczalne stężenia metali ciężkich w kompoście wg BioAbfY

Metal		[mg/kg	; s.m.]
Ołów	Pb	150
Kadm	Cd	1,	5
Chrom	Cr	100
Miedź	Cu	100
Nikiel	Ni	50
Rtęć	Hg	1
Cynk	Zn	400

Jak pokazuje tablica 5.31, nadmierne koncentrowanie się na zawartości za­nieczyszczeń w kompoście nie prowadzi do celu, którym jest zapobiegawcza ochrona gleby. Najwyższe obciążenia w wyniku nawożenia dostają się, w prze­liczeniu na powierzchnię terenów rolniczych, z nawozami naturalnymi, w któ­rych wysokie zawartości miedzi i cynku wynikają z rodzaju paszy. W wyniku nawożenia nieorganicznego, do gleby dostają się przede wszystkim wysokie ładunki kadmu i chromu. Zanieczyszczenia pochodzące z atmosfery to kadm, cynk i ołów, z udziałem ok. 40-50%. Kora i torf mają w tym przypadku drugo­rzędne znaczenie zarówno z powodu zastosowania w rolnictwie, jak i z powo­du wnoszonego ładunku (zastosowanie głównie w ogrodnictwie i przy kształ­towaniu krajobrazu). Udział kompostu wynosi w tym przypadku 5,6% ładun­ku ołowiu i 0,9% kadmu. Z tego powodu, przy fachowym stosowaniu kompostu o prawidłowej jakości nie należy się obawiać nadmiernego obciąże­nia gleby. Z punktu widzenia wartości nawozowych istotnym kryterium war-

5.3 Perspektywy zbytu produktów recyklingu 483

tościującym jest stosunek zanieczyszczeń do substancji pokarmowych. Jeśli za podstawę substancji nawozowych przyjmiemy fosforany, to wtedy własne na­wozy naturalne, jak gnojowica świńska lub odchody ptasie, wprowadzają dużo większe ładunki metali ciężkich (miedzi i cynku) wraz z jednostką nawozową

[5.109].

5.3.6.2 Opłacalność

Możliwości zbytu kompostu z odpadów komunalnych powinny być szacowa­ne bardzo ostrożnie i przy ich planowaniu należy wychodzić nie z opłacalno­ści, a z kosztów składowania i rachunku kosztów eksploatacyjnych. Na rynku dostępne są takie produkty, jak torf i humus, które mogą być zastąpione przez kompost z instalacji do recyklingu. Ponieważ torf nie zaspokaja potrzeb wyni­kających z fizjologii roślin, lecz wykazuje działanie wyłącznie spulchniające i z tego powodu w znacznym stopniu zakwaszające glebę, to w tej sytuacji kompost, posiadający daleko bardziej korzystne cechy, powinien skutecznie zastępować torf. Przy tym, w zależności od wielkości partii, powinny być osią­gane ceny w zakresie 30-60 DM/Mg, przyjmując wartość nawozową za pod­stawę wyliczenia.

Ziemia humusowa wymagana jest do celów budowlanych przy organizacji parków krajobrazowych i przy rekultywacji terenów w znacznym stopniu ska­żonych przez przemysł. Duże ilości humusu potrzebne są w działaniach zwią­zanych z budową dróg i nowych osiedli i jest on sprzedawany po cenie 10--30 DM/Mg (1999). Do tych celów można by użyć znacznych ilości kompo­stu, również w mieszaninie z humusem.

Tablica 5.32. Obliczone ładunki metali ciężkich wprowadzane na powierzchnie użytkowane rol­niczo w wyniku nawożenia naturalnego, nawozów stanowiących surowiec wtórny, nawozów nieorganicznych i z opadów atmosferycznych w Republice Federalnej Niemiec w roku 1995 wg/ha-a [5.88],

Rodzaj substancji	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn
Nawóz naturalny	0,71	23,12	168,83	14,74	11,36	518,2
Osad ściekowy	0,66	15,76	57,09	6,66	27,51	228,0
Kompost	0,05	2,44	4,09	1,69	6,57	19,0
Kora i torf	0,02	0,03	0,24	0,18	0,37	2,2
Nawóz mineralny	1,45	68,90	8,76	6,81	9,80	64,1
Nanoś atmosferyczny	2,50	7,00	52,60	11,00	57,20	540,0
Suma immisji	5,39	1 17,25	291,61	41,10	112,51	1371,5
Udział kompostu [%]	0,9	2,1	M	4,1	•^	1,4