BIOTECHNOLOGIE (studijní opory)

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství BIOTECHNOLOGIE (studijní opory) Silvie BROŽOVÁ Ostrava 2018

2 Název: Název učebnice: Biotechnologie Autor: Jméno autora Silvie BROŽOVÁ Vydání: první, 2018 Počet stran: 63 Studijní materiály pro studijní program Materiálové inženýrství magisterského studia Fakulty metalurgie a materiálového inženýrství. Jazyková korektura: nebyla provedena. Jméno autora Silvie BROŽOVÁ VŠB Technická univerzita Ostrava

3 POKYNY KE STUDIU Biotechnologie Pro předmět Biotechnologie 1. semestru magisterského studijního programu Materiálové inženýrství jste obdrželi studijní balík obsahující integrované skriptum pro kombinované studium obsahující i pokyny ke studiu. 1. Cílem předmětu a výstupy z učení Předmět je zaměřen jak na základní pojmy z oblasti biotechnologie. Informace, které umožní pochopení dějů probíhajících v živých organismech v metalurgických procesech. Pozornost je věnována využití bioprocesů v hydrometalurgii. Jsou zde také prezentovány možnosti využití biotechnologických procesů při výrobě kovů a snížení její energetické náročnosti. Po prostudování předmětu by měl student být schopen: výstupy znalostí: - student bude seznámen se základními pojmy v oblasti biotechnologie, - student bude umět používat procesy a technologie výstupy dovedností: - student bude umět řídit bioprocesy, informace o produkci biologicky aktivních látek biotechnologickým způsobem, které se uplatňují zejména při ochraně životního prostředí Pro koho je předmět určen Předmět je zařazen do magisterského studia programu Materiálové inženýrství, ale může jej studovat i zájemce z kteréhokoliv jiného oboru, pokud splňuje požadované prerekvizity. Studijní opora se dělí na části, kapitoly, které odpovídají logickému dělení studované látky, ale nejsou stejně obsáhlé. Předpokládaná doba ke studiu kapitoly se může výrazně lišit, proto jsou velké kapitoly děleny dále na číslované podkapitoly a těm odpovídá níže popsaná struktura. Při studiu každé kapitoly doporučujeme následující postup: Studijní oporu, která je rozčleněna na kapitoly je potřeba nejprve pročíst jako celek. Teprve poté je vhodné ji začít studovat po jednotlivých kapitolách. Po prostudování odpovězte na otázky, zadané za každou kapitolou, klíč k otázkám je na konci studijní opory. Způsob komunikace s vyučujícími: V rámci tohoto předmětu bude zadán pro vypracování semestrální projekt na určené téma. Projekt bude kontrolován vyučujícím do 14 dnů po odevzdání a výsledky budou studentům

4 zaslány mailem prostřednictvím IS. Dotazy k zadanému tématu je možné konzultovat s přednášejícím v rámci vypsaných konzultačních hodin, nebo na telefonním čísle , nebo em: silvie.brozova@vsb.cz. Podrobnější pokyny studenti obdrží na počátku výuky.

5 1. Biotechnologie 1.1. Základní charakteristika a rozdělení biotechnologií Čas ke studiu: 1 hodina Cíl Po prostudování této kapitoly budete umět definovat základní charakteristiky biotechnologie popsat rozdělení biotechnologií Výklad Pojem biotechnologie BIOTECHNOLOGIE obor lidské činnosti, využívající přírodních a inženýrských věd k aplikaci organismů, buněk, jejich součástí a molekulárních analogů k výrobě produktů a ke službám. Nejstaršími biotechnologiemi, známými již ve starověku, jsou kvasné procesy - Fermentace). V moderním pojetí jde hlavně o postupy založené na znalostech molekulové genetiky s využitím genového inženýrství. Patří sem např. produkce antibiotik fermentačními postupy, výroba rekombinantních bílkovin, koncentrování minerálů pomocí mikroorganismů (loužení rud), příprava biosenzorů pro analytickou chemii, výroba průmyslových enzymů (pro prací prášky apod.), degradace odpadů mikroorganismy (např. čištění půdy zamořené ropnými produkty), biotransformace některých látek a produkce monoklonálních protilátek. Několik kontrolních otázek: - Prvních 5 slov, která vás napadnou, když se řekne biotechnologie? Několik kontrolních otázek: - Prvních 5 slov, která vás napadnou - Biotechnologické produkty v naší stravě? - Produkty původem z GMO v naší stravě? Zásahy do genetického materiálu organismů můžeme rozdělit na několik způsobů. Prvním jsou nahodilé zásahy působením mutagenů nebo ionizujícího záření. Takto vznikla například většina současných odrůd pšenice, řepky a dalších plodin. Tyto nahodilé zásahy však nejsou považovány za genetickou modifikaci a nevztahují se na ně regulace vyplývající ze zákona o nakládání s GMO (zákon č. 78/2004 Sb.).

6 Druhým typem jsou cílené zásahy. Mutace jsou získány tak, že do organismu vneseme nebo v něm cíleně deaktivujeme nějaké konkrétní geny (například rostliny, do nichž byl za pomoci bakterie Agrobacterium tumefaciens vnesen gen pro odolnost k herbicidům nebo gen pro produkci insekticidů viz např. Bt-kukuřice). GMO, do kterého byl metodami genetického inženýrství cíleně přenesen gen z jiného druhu, se nazývá transgenní organismus a proces se nazývá transgenoze. Obsahují organismy, které nejsou geneticky modifikované, nějaké geny??? Několik kontrolních otázek: - Prvních 5 slov, která vás napadnou - Biotechnologické produkty v naší stravě? - Produkty původem z GMO v naší stravě? - Je dnes možno koupit v ČR transgenní zvířata? Několik kontrolních otázek: - Prvních 5 slov, která vás napadnou - Biotechnologické produkty v naší stravě? - Produkty původem z GMO v naší stravě? - Je dnes možno koupit transgenní zvířata? - Jaký je rozdíl mezi transgenozí a cisgenozí? Geneticky modifikovaný organizmus (GMO) je organizmus, jehož genetický materiál byl změněn metodikami genetického inženýrství. Transgenní organismus je takový GMO, který má vloženu DNA, pocházející z jiného druhu. Příprava transgenních zvířat: 1) Injikace DNA do jednobuněčného embrya (Gordon et al., 1980) 2) Embryonální kmenové buňky 3) Klonování 4) RNA interference 5) Lentivirové vektory Cílený GENOVÝ PŘENOS = TRANSGENOZE přenášen většinou jeden přesně identifikovaný gen = jediná vloha dárcem může být jakýkoliv organizmus podstatně zkrácen selekční proces vyplatí se tedy i přenášet takto geny vzájemně křižitelných organizmů = cisgenoze Produkt genového přenosu se obecně nazývá Geneticky Modifikovaný Organizmus = GMO Obsahují organismy, které nejsou geneticky modifikované, nějaké geny??? Žijí mezi námi GMO lidé??? Plazmid (též plasmid) je malá, většinou kruhová molekula DNA schopná replikace, která se přirozeně vyskytuje v cytoplazmě některých bakterií, archebakterií, méně obvykle i u eukaryot. Plazmidy jsou ve vědě velmi často používané jako tzv. vektory genetické informace je možné do nich začlenit nějaký zájmový fragment DNA a následně tento plazmid určitým způsobem vložit do nějaké bakterie (či dokonce do kvasinky). Takový plazmid se za určitých okolností bude v hostitelském organismu udržovat a kopírovat.

7 BIOTECHNOLOGIE nejvíce diverzifikovaný obor ze všech přírodních věd mikrobiologie biochemie imunologie buněčná biologie molekulární biologie rostlinná a živočišná fyziologie ekologie genetika BIOTECHNOLOGIE Tradiční i moderní : významný průnik biologie, chemie a technologií, obr:1 Obr. 1: Průnik biologie, chemie a technologií Biotechnologie provází člověka od nepaměti..., obr:2,3,4.

8 Obr. 2: Historie biotechnologie Obr. 3: Historie biotechnologie

9 Obr. 4: Historie biotechnologie HISTORIE-STAROVĚK A STŘEDOVĚK Starověk / středověk: nevědomé využití mikroorganismů 6000 PK Sumerové - výroba piva 4000 PK Egypt kvasinky pro fermentaci chlebového těsta Čína konzervace mléka kvašením, výroba sýrů, vína a octa 1276 AD Irsko - první palírna whisky, oficiálně 1608 dekret Jamese I AD Asie vlivem islámu ústup od kvasných technologií pro přípravu alkoholických nápojů 15. století technologie kvašeného zelí a jogurtu VAZBY NA CHEMII - 19.STOLETÍ: 14. století tajemná síla úzký vztah s alchymií poznání procesu destilace 1697 G.E. Stahl (něm. otec chemie ) Zymotechnia Fundamentalis studium fermentací 1828 Franz Wöhler synthesa močoviny 1830 Liebig chemie zemědělství fermentace je pohyb atomů 1673 Anton van Leeuwenhoek objev mikroskopu, popsal bakterie a prvoky a vyslovil domněnku o úloze v kvašení

10 1798 Edvard Jenner srovnání účinnosti inokulace pravými neštovicemi a očkováním kravskými neštovicemi (vaccinus lat. původem kravský) 1809 Nicolas Appert sterilizační metoda pro přípravu konzerv, na zakázku Napoleonovy armády 1856 Louis Pasteur potvrzena úloha bakterií při kvašení 1859 Charles Darwin vyšla kniha O původu druhů 1865 Gregor Johann Mendel zákony dědičnosti 1881 Robert Koch popsal bakteriální kolonie 1892 Ivanovsky částice působící tabákovou mozaiku filtrovatelné viry 1897 Eduard Buchner kvašení pomocí kvasničného extraktu 1900 znovuobjevení Mendelových prací prokázána možnost výroby chemikálií baktériemi (glycerol, butanol, aceton) 1910 Thomas Morgan chromozomy jsou nositely genů Vznik molekulární biologie 1917 D Herelle objev bakteriofaga 1935 Wendell Stanley první izolace viru 1941 Beadle a Tatum hypotéza jeden gen jeden enzym 1944 Avery, MacLeod, McCarthy DNA nositelkou dědičné informace 1952 Lederberg, Zinder transdukce a konjugace baktérií, objev ribozómů, potvrzení úlohy DNA 1953 James Watson, Francis Crick struktura DNA, obr.5 Obr. 5: struktura DNA 1977 Genentech MOLEKULÁRNÍ BIOTECH 2 bakteriální produkce somatostatinu - první rekombinantní protein 1980 Nejvyšší soud USA patentová ochrana biotech produktu

11 2001 Mapa lidského genomu POTRAVINÁŘSKÉ BIOTECHNOLOGIE 19.století ZYMOTECHNIKA: zymé (řec.) = kvas, kvasnice soubor vybraných znalostí chemie, mikrobiologie a inženýrství PIVOVARSTVÍ Produkce piva (1883) Německo 3,9 miliard litrů 1816 Stavovská inženýrská škola v Praze 1872 Pivovarská škola ve Weihenstephanu 1874 Federace producentů lihu v Berlíně 1883 Výzkumný a vzdělávací pivovarský institut v Berlíně 1884 Chicago (USA) pivovarská škola (Zymotechnic College) PRŮMYSLOVÉ BIOTECHNOLOGIE 20.století OD ZYMOTECHNOLOGIE K BIOTECHNOLOGII - alternativa chemických výrob - vznik mikrobiologických sbírek (1884 Praha, 1906 Dánsko) 1884 Max Delbrück kvasinka je stroj produkce org. kyselin (mléčná, citrónová, máselná) 1.sv. válka Německo glycerol (výbušniny), V. Británie - aceton (výbušniny) 30. léta krize, zemědělské přebytky výroba alkoholu PRŮMYSLOVÉ BIOTECHNOLOGIE 20.století 1941 MIT (USA) - nová disciplina bioinženýrství 50.léta Japonsko výzkum, produkce antibiotik a aminokyselin 1959 Švýcarsko - hydrolytické enzymy pro prací prášky * nová technologická řešení * vývoj biologických zbraní (studená válka) 60. A 70. LÉTA - ZELENÉ BIOTECHNOLOGIE Snaha o řešení základních problémů: - hlad a nemoci - vyčerpání energetických zdrojů - produkce odpadu Význam biotechnologií 1) Výroba potravin a nápojů: tradiční oblast uplatnění biotechnologií, 75% všech biotechnologicky vyrobených produktů 2) Výroba přírodních látek: ty látky, u kterých je chemická syntéza drahá nebo není možná a izolace z přírodních materiálů nevýhodná 3) Zužitkování biologických odpadů: náhrada fosilních paliv, výroba krmných kvasnic

12 4) Čištění životního prostředí: likvidace biomasy, komunálních a průmyslových odpadů, sanace kontaminace Biotechnologie, technologie budoucnosti Co jsou biotechnologie Dělení biotechnologií: modrá, zelená, červená, bílá. Metody molekulární biologie Rychlý vývoj biotechnologií sekvenace Termín poprvé použil 1919 Karl Ereky, jedná se o všechny pracovní postupy, kdy se za účelem potravy či jiného užitku využívaly živé organismy. Komplex biologických, biochemických, bioinformatických a molekulárně genetických metod. Postupy sloužící k modifikacím živých organismů. Rozmanitý soubor procesů založených na praktické aplikaci živých organismů nebo jejich buněčných komponent Mikroorganismy Čas ke studiu: 1 hodina Cíl Po prostudování této kapitoly budete umět charakterizovat mikroorganismy charakterizovat enzymy klasifikovat fermentace Výklad Mikroorganismy I přes malou velikost mají dosti složitou strukturu skládající se z řady útvarů, které jsou kryty jednou nebo více semipermeabilními membránami, kde probíhají různé dílčí reakce katalyzované enzymy. Kinetika mikrobiálního procesu není otázkou jen vlastní reakce, ale je výsledkem několika dějů. Substráty, které jsou metabolizovány v buňce, musí být transportovány z okolního živného média přes řadu membránových útvarů. Buněčný transport může být často i limitujícím článkem mikrobiálního procesu. Buněčný transport se v buňkách mikroorganismů uskuteční dvěma rozdílnými mechanismy: pasivním transportem nebo aktivním transportem. Pasivní transport může být, bud' prostá difúze nebo usnadněný

13 (pasivní) transport. Rychlost prosté difuze se řídí Fickovými zákony. Usnadněný transport je typ substrátem saturovaného transportu, jehož kinetika je podstatně složitější než v předcházejícím případě. Oba dva transporty se vyznačují tím, že nepotřebují ke svému uskutečnění žádnou energii. V obou případech se transport odehrává po koncentračním gradientu, který je hnací silou pohybu látek. Aktivní transport látek je typicky membránový pochod, při kterém se látky přenášejí pomocí bílkovinných přenašečů proti koncentračnímu gradientu. K tomu je potřeba energie, která se získá přímo při hydrolýze makroergických sloučenin, tento typ transportu se nazývá primární anebo se může získat z reakce spřažené, při které se tato energie využije k energizaci přenašečového systému (sekundární aktiv. transport). Kinetika tohoto transportu se vyjadřuje složitějšími vztahy, které závisejí stejně jako u usnadněné difuze na počtu přenašečových míst. Látky větší molekulové hmotnosti či komplikované prostorové struktury nemohou do buňky proniknout a nejsou proto buňkou utilizovány, pokud je buňka nedovede rozštěpit mimo buňku svými extracelulárními enzymy. Struktura a fyzikálně-chemické vlastnosti vnějších membrán buňky (buněčná stěna a cytoplasmatická membrána) určují rychlost transportu. Membrány se skládají jak z hydrofilních, tak i z hydrofobních sloučenin, čímž jsou určena i místa pro transport látek určitých vlastností. Enzymy jsou jednoduché či složené bílkoviny, které katalyzují chemické přeměny v živých organismech. Určují povahu i rychlost chemických reakcí a vytvářejí tak v živých organismech harmonickou souhru chemických funkcí. Aktivita enzymů, spočívající v ovlivnění rychlosti chemických reakcí snižováním jejich aktivační energie, je závislá zejména na koncentraci substrátu, teplotě, ph, aktivátorech a inhibitorech. Katalytická aktivita enzymů je ovlivňována jeho aktivním centrem, vytvářeným prostorovým uspořádáním bílkovinného (polypeptidového) řetězce. Některé enzymy vyžadují ke své katalytické činnosti organický kofaktor, který se nazývá koenzym, složkou koenzymu bývá často některý vitamín. Kvašení (fermentace) je přeměna látky za účasti enzymů mikroorganismů, při němž probíhají v důsledku metabolické aktivity mikroorganismů chemické přeměny organických látek, obvykle sacharidů a vznikají látky energeticky chudší nebo se nové látky syntetizují. V potravinářství tento termín označuje procesy, jichž se zúčastní mikroorganismy (např. kvašení piva, vína, těsta). Kvašení anaerobní probíhá bez přítomnosti kyslíku, například kvašení alkoholické, máselné, mléčné. Kvašení aerobní probíhá za přítomnosti kyslíku, například kvašení octové, citrónové. Z průmyslově využívaných kvašení je nejvýznamnější kvašení alkoholické, při němž se sacharidy řadou reakcí změní na ethanol a oxid uhličitý. U mléčného kvašení podle použitého kmene mikroorganismu vznikne vedle oxidu uhličitého mléčná kyselina (kvašení homofermentativní) nebo ještě i jiné metabolity, například těkavé kyseliny, oxid uhličitý, ethanol (kvašení heterofermentativní). Využívá se například ke konzervaci okurek, zelené píce (siláže), při výrobě tvarohů, sýrů. V průmyslu se používá buď kvašení jednorázové, nebo nepřetržité (za stálého přítoku sladké zápary a odběru zápary prokvašené).

14 Obecné schéma biotechnologického procesu Příprava surovin Biotechnologie Zdroje uhlíku: pro mikroorganismus jsou obvykle také hlavním zdrojem energie. Sacharidy: sacharóza, glukóza, fruktóza, laktóza, surový řepný cukr, škrob, celulóza. Sacharidická média: melasa, sladká syrovátka, celulózové substráty, sulfitové výluhy. Oleje a tuky: sojový, slunečnicový, palmový, řepkový, bavlníkový, sádlo. Petrochemické zdroje: uhlovodíky z ropy, syntetické alkoholy, organické kyseliny. Zdroje dusíku: amonné soli: síran amonný rozpustný ve vodě, levný, chlorid amonný, fosforečnan amonný. Amoniak: také pro úpravu ph fermentačního média. Močovina. Čisté aminokyseliny: často se používají také jako růstové látky. Komplexní zdroje: kukuřičný výluh odpad při výrobě kukuřičného škrobu, šroty a mouky odpady při výrobě olejů, sušená syrovátka kvasničný autolyzát pro speciální účely nebo laboratorní práci, jsou drahé. Zdroje fosforu: fosfor je klíčový prvek v energetickém metabolismu a je tímto limitující pro růst. Fosforečnany: fosforečnan amonný (NH 4 ) 3 PO 4 je také zdroj dusíku. Komplexní zdroje kukuřičný výluh, mouky a šroty, masové, masokostní a rybí moučky. Ostatní prvky a růstové látky. Stopové prvky: anorganické soli. Auxotrofie: potřeba různých složitějších organických sloučenin jako růstových látek (neschopnost jejich biosyntézy). Příprava kultivačního média Obsahy jednotlivých složek kultivačního média jsou navrženy podle požadavků používaného mikroorganismu. Přesné složení média je sestaveno podle výsledků laboratorních pokusů a poloprovozních zkoušek. Médium je namícháno z vody a jednotlivých složek podle příslušné receptury (součást technologického reglementu). Před vlastní fermentací se fermentační médium a veškeré zařízení musí zbavit nežádoucích mikroorganismů. Sterilace: teplem nejčastěji filtrací vzduch chemicky nebo zářením jen výjimečně Příprava očkovacího materiálu Výběr vhodného produkčního kmene: na základě laboratorního výzkumu Šlechtění nebo genetická manipulace: k získání optimálních produkčních vlastností Inokulum: očkovací materiál Vlastní proces fermentace typy fermentátorů: dle fází jednofázové (obsahují kapalný substrát s rozpuštěným enzymem) dvoufázové (kapalina x částice; kapalina x mikroorganizmy)

15 třífázové (plyn x kapalina x mikroorganizmy) čtyřfázové (tuhý substrát x plyn x kapalina x mikroorganizmy) dle doplňování živin vsádkové - jedno naplnění semikontinuální kontinuální - průběžné doplňování v průběhu fermentace dle aerace aerobní anaerobní dle aktivní složky enzymové (mohou být volné nebo imobilizované, tedy uchycenné) mikrobní (volné, imobilizované) Získání produktu Biomasa (pekařské droždí) - oddělení buněk sedimentací, odstřeďováním nebo filtrací Prokvašené médium (pivo, víno, ocet) - odstranění buněk a zákalů, případná úprava produktu Extracelulární produkt (kyselina citronová, ethanol) - oddělení podle charakteru produktu destilace, srážení. krystalizace Intracelulární produkt ( karotenoidy, vitamín D ) - šetrné rozbití buněk produkčního mikroorganismu (ultrazvuk, teplotní šok, povrchově aktivní látky, drcení s brusnými materiály) Izolace produktu různými separačními metodami. Použitá literatura, kterou lze čerpat k dalšímu studiu [1] ŠEFLOVÁ, J. Odborné kapitoly k nakládání z biologicky rozložitelnými komunálními odpady. IREAS, Institut pro strukturální politiku, o.p.s. Praha s. ISBN [2] ROUBÍČEK, M., BEDNAŘÍK, J. Co je bioodpad? Kompostuj.cz[online] [cit ] Dostupné z www: << [3] ROUBÍČEK, M., BEDNAŘÍK, J.: Nakládání s BRKO v obcích. Kompostuj.cz[online] [cit ] Dostupné z www: << [4] Ministerstvo životního prostředí: Biologicky rozložitelné odpady. Mzp.cz[online] [cit ] Dostupné z www: <<

16 Shrnutí pojmů kapitoly Pojem biologicky rozložitelné odpady. Biotechnologické procesy. mikroorganismy. Otázky k probranému učivu 1. Co znamená Biotechnologie? 2. Co nazýváme Mikroorganismy? 3. Co nazýváme Fermentací? 2. Bioodpad 2.1. Základní pojmy a zásady bioodpadu Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl Po prostudování této podkapitoly budete umět Charakterizovat bioodpad Výklad Charakteristika bioodpadu Bioodpad - biologicky rozložitelným odpadem se dle zákona o odpadech rozumí jakýkoliv odpad, který podléhá aerobnímu nebo anaerobnímu rozkladu. Patří zde např. potraviny, odpad ze zeleně, papír, některý velkoobjemový odpad - nábytek, textil z přírodních vláken. Biologicky rozložitelný odpad je v odpadovém hospodářství nejvýznamnější skupinou komunálních odpadů. Převážná část těchto odpadů je předurčena k látkovému nebo materiálovému využití. Způsob nakládání s biologicky rozložitelným odpadem může ovlivnit složky životního prostředí a to jak pozitivně, tak negativně. Do oblasti nakládání s bioodpady se promítá směrnice Evropské Unie 31/99/ES pro skládkování odpadu v platném znění a její hlavní cíl: zlepšit environmentální standard skládek v členských státech EU. To znamená snížit negativní environmentální dopady skládek. V popředí zájmu je rozvoj opatření pro využívání organického odpadu jeho kompostováním, anaerobním vyhníváním, či energetickou regenerací, tedy vrátit organické látky do koloběhu přírody, aby nedocházelo k jejich zbytečnému hromadění na skládkách.

17 Bioodpad sám o sobě je ve většině případů obsažen ve směsném komunálním odpadu jako neškodná příměs. K riziku však může dojít smícháním s ostatními druhy odpadů, tím dochází ke zvýšení nekontrolovatelných či škodlivých reakcí na skládkách. Za anaerobních podmínek, tedy bez přístupu vzduchu, se organický odpad rozkládá za vzniku skládkového plynu, tzv. bioplynu. V největší míře je zastoupen methan (CH 4 ). Při nesprávném zacházení, nakládání a odstraňování s biologicky rozložitelným odpadem dochází k negativnímu ekonomickému dopadu na obec a občany. Kompostováním v blízkosti vzniku biologicky rozložitelných odpadů lze v některých případech ušetřit až polovinu nákladů na odvoz těchto odpadů. Dalším přínosem je také ušetření financí co se týče hnojiv a pěstovatelských substrátů například při zazeleňovacích pracích obce, pěstování na zahradách či v domácnostech. Dle původu a složení lze bioodpad rozdělit na bioodpad ze zahrad a z domácností. Dle nařízení ES č. 1774/2002 v platném znění se stanovují hygienická pravidla týkající se zpracování vedlejších živočišných produktů, které nejsou určeny k lidské spotřebě. Jedná se především o bioodpady kontaminované živočišnými zbytky se zvýšenými nároky na hygienizaci. Bioodpady nebo tzv. kompostovatelné odpady lze rozdělit na dvě hlavní skupiny: -BRO: biologicky rozložitelné odpady - všechny kompostovatelné odpady z prvovýroby v zemědělství, zahradnictví, myslivosti, rybářství, z výroby a zpracování potravin. Dále odpady ze zpracování dřeva a výroby desek, nábytku, celulózy, papíru, lepenky, odpady z kožedělného, kožešnického a textilního průmyslu, papírové, lepenkové a dřevěné obaly, odpady z čištění odpadních vod. -BRKO: biologicky rozložitelné komunální odpady - odpady z domácností a jim podobné odpady z živností, úřadů i průmyslu. Patří zde také separovaný odpad z domácností a zahrad, z veřejné zeleně, tržišť, odpady z kuchyní a stravoven. Separace bioodpadu v domácnosti Organický odpad je cennou surovinou pro výrobu kompostu, který obohacuje půdu o potřebnou organickou hmotu, humus a živiny. Pokud se organický odpad dostane k dalším osobám a nezpracováváme jej svépomocí, stává se z něj bioodpad, který se kompostuje v malých zařízeních, průmyslových kompostárnách či se využívá v bioplynových stanicích. V kuchyni můžeme shromažďovat bioodpad odděleně od ostatního odpadu v nádobách, které umožňují jeho odvětrávání a vysoušení. Snížíme tak jeho hnití a zápach. V dnešní době jsou k dispozici speciální odvětrávací koše, kuchyňské keramické nádoby, případně kompostovatelné sáčky. Shromážděný bioodpad se poté ukládá do domácího kompostéru, na zahradní kompost, či do sběrné nádoby na bioodpad. Jednou z předních výhod kompostovatelných sáčků je jejich parorospustnost, tzn. odvod vodní páry. Dochází k postupnému vysoušení bioodpadu, čili dochází ke snížení jeho hnití a zápachu. Vhodné je kompostovatelný sáček umístit do nádoby, která umožní odvětrávání, ideálně do speciálního koše na bioodpad, ve kterém sáček visí volně. Manipulace s kompostovatelným sáčkem je snadná, po naplnění se sáček vyjme a umístí se na kompost, do kompostéru, nebo do sběrné nádoby na bioodpad.

18 Při umístění sáčku do klasického odpadkového koše dochází k nežádoucí kondenzaci na stěnách a dně koše, vzniká tekutý výluh a dochází k hnití a zápachu. Proto je výhodnější používat speciální nádoby pro daný účel. Sběrné nádoby na BRKO Množství separovaného biologicky rozložitelného odpadu je závislé na míře vybavenosti obyvatel obce sběrnými nádobami. Čím vyšší je vybavenost, tím vyšší je množství BRKO. Dalším faktorem je také množství domácností, jež tento odpad využijí pro domácí kompostování. Tyto domácnosti se obvykle neúčastní systému odděleného sběru BRKO vytvořeného obcí, protože tyto odpady mohou využít pro vlastní potřeby. Na následujícím obr. 6 je uvedena sběrná nádoba pro BRKO. Obr. 6: Sběrná nádoba na biologický odpad. Bioodpad obsahuje rostlinné živiny a organické látky, které je možno stabilizovat a výhodně uvádět do přírodního koloběhu jako organické hnojivo - kompost. Bioodpady se mohou také zpracovávat technologií anaerobní digesce, při které kromě organického hnojiva - digestátu vzniká další produkt - bioplyn, který je vhodný k výrobě elektrické energie, tepla a motorového paliva. Biologicky rozložitelný komunální odpady je třeba separovaně sbírat, látkově nebo energeticky využívat a omezovat jejich ukládání na skládky, kde jsou zdrojem skleníkového plynu metanu a výluhů v průsakových vodách. Proč separovat bioodpad? Environmentální důvody: bioodpad, který se podaří oddělit, je na odborně provozované kompostárně přeměněn na humusové látky, které jsou vhodné pro použití jako hnojiva. Místo hnojiv průmyslových.

19 Legislativní důvody: povinné zavedení systému nakládání s bioodpadem předpokládá i Zákon o odpadech. Ekonomické důvody: v současné době je kompostování levnější než skládkování. V následujících letech lze očekávat výraznější zvyšování rozdílu mezi náklady na skládkování a náklady na kompostování. Biologické metody odstraňování odpadů Jsou metody, které napodobují přirozený rozklad organických látek v přírodě a využívají se pro odstranění organických odpadů. Využívají se přitom živé organismy, které se v přírodě na procesech rozkladu podílejí. Výhody: - přírodní proces - výsledkem je hnojivo - poměrně levné Nevýhody: - vhodné pouze pro odpady organického původu - pomalý proces - proces je závislý na podmínkách prostředí VHODNÉ ODPADY: - odpady organického původu biomasa: kuchyňský bioodpad, rostlinné zbytky, dřevní odpad, kaly z čistíren odpadních vod, odpady z lesnictví a zemědělství, (dá se využít jako stelivo, krmivo, hnojivo, mulč..), odpady z potravinářského průmyslu, odpady z městské zeleně - posekaná tráva, polámané větve, opadané listí. Optimální vlastnosti vstupních materiálů: Podíl organické hmoty (%sušiny) - > 60% Sušina (%) 7 25 Poměr C:N 20 30:1 ph 6,5 7,5 Poměr C:N lze upravit (například přidáním travní fytomasy k prasečí kejdě). Rozdělení metod: Aerobní procesy - za přístupu O 2 (kompostování) Anaerobní procesy - za nepřístupu O 2 (kvašení, fermentace)

20 Domácí v rodinných zahradách Komunitní na sídlištích, u škol, v zahradkářských koloniích Průmyslové a zemědělské kompostování

21 1. Mezofilní fáze: v této fázi lze kompost upravit: Naočkovat bakteriemi, Zvlhčit vysušit, Upravit poměr živin. 2. Intenzivní fáze: asi 4 měsíce: na hromadách asi 2,5m vysokých, musí se občas provzdušnit prohrnuje se nakládači asi 1/měs. Lze urychlit intenzivním provzdušňováním 1/týden překopávačem, doba zrání se zkrátí na 2 měsíce. Na obr. 7 a 8 jsou přístroje na úpravu. Obr.7: Překopávač

22 Obr. 8: Samojízdný překopávač. 3. Fáze dozrávání: 2 4 měsíce, hromady 1,5 1,8m nadále je zapotřebí dostatek kyslíku. Červi, hlísti, svinky, zemní roztoči a další mikroorganismy materiál úplně rozdrobí a tím ho připraví jako lehkou stravu pro hnojní a kompostové červy. Červi pak ve svých střevech stravu rozloží na minerální a organické látky, svými produkty rozkladu obohacují kompost o cenné látky a vytvářejí stabilní humusové složky. Otevřený systém velkokapacitní technologie na hromadách : Vhodné místo kanalizace s odvodněním, kde může odtékat šťáva z kompostu. Silážní jámy. Mělo by být zastřešeno a podklad by měl být vybetonovaný, obr. 9, 10. Obr. 9 a 10: velkoobjemový drtič Husmann. Uzavřené systémy kompostování: Slouží k urychlení procesu zrání díky vytvoření optimálních podmínek (vlhkost, teplota, kyslík) Jedná se o různá zařízení nebo stavby:

23 1. Kontejnery (obr.11) Obr. 11: Kontejner 2. Otáčecí bubny válce umístěné naležato s průměrem 4m, délka cca 8-10m, otáčejí se. Kompost je zde cca 48hod. a neustále se intenzivně promíchává. Vysoká teplota 30 40C urychluje zrání. 3. Věžové kompostárny Kompostárna se 6 kompostovacími věžemi a se zařízením na mechanickou úpravu bioodpadu a na úpravu hrubého kompostu. Kompostovací věže jsou plněny se shora a vzdušněny čerstvým vzduchem ze dna věže. Při hlavním zrání dosahuje teplota kompostu cca 70 C v průběhu 5-6 dnů. zrající kompost se vyskladňuje ze spodní části věže při teplotě C a naskladňuje se do dozrávací věže, kde dozrává 4 týdny při teplotě C. V ČR jsou výhodnější tzv. mobilní technologické linky. Tyto linky se přepravují v dohodnutých intervalech od kompostárny ke kompostárně Formou placené služby provádějí technologické operace (štěpkování, překopávání a prosévání). Tento způsob je ekonomicky výhodnější.

24 Uvádění kompostů do oběhu prodejem a užívání na zemědělskou půdu je upraveno zákonem o hnojivech Způsob výroby kompostu na kompostárně je upraven ČSN Průmyslové komposty Norma říká: Kompost musí být hnědá, šedočerná až černá homogenní hmota, drobtovitá až hrudkovité struktury bez nerozpojitelných částic. Nesmí vykazovat pachy svědčící o přítomnosti nežádoucích látek. V kompostech se sleduje nejvyšší přípustné množství látek (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Zn) Je upravena také doba zrání, překopávky, intervaly mezi překopávkami Je upravena výška kompostových zakládek. Použitá literatura, kterou lze čerpat k dalšímu studiu [1] ŠEFLOVÁ, J. Odborné kapitoly k nakládání z biologicky rozložitelnými komunálními odpady. IREAS, Institut pro strukturální politiku, o.p.s. Praha s. ISBN [2] ROUBÍČEK, M., BEDNAŘÍK, J. Co je bioodpad? Kompostuj.cz[online] [cit ] Dostupné z www: <<

25 [3] ROUBÍČEK, M., BEDNAŘÍK, J.: Nakládání s BRKO v obcích. Kompostuj.cz[online] [cit ] Dostupné z www: << Biotechnologie [4] Ministerstvo životního prostředí: Biologicky rozložitelné odpady. Mzp.cz[online] [cit ] Dostupné z www: << Bioodpad. BRKO. Kompostování. Shrnutí pojmů kapitoly Otázky k probranému učivu 1. Uveďte 3 hlavní fáze kompostování 2. Co je principem velkokapacitního kompostování? 3. Uveďte 2 systémy velkokapacitního kompostování 4. Co to jsou mobilní technologické linky 5. Nakreslete schéma, jak se z komunálního odpadu stává velkokapacitními technologiemi vyzrálý kompost 2.2. Legislativa v oblasti životního prostředí: zákony, nařízení vlády, vyhlášky. Čas ke studiu: 1 hodina Cíl Po prostudování této podkapitoly budete umět definovat základní legislativní opatření pro životní prostředí popsat základní zákony v oblasti životního prostředí Výklad Základní legislativa pro oblast životního prostředí Zákon 17/1992 Sb., o životním prostředí ve znění zákona 123/1998 Sb. Zákon 244/1992 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí, ve znění zákona č. 132/2000 Sb.

26 Zákon 123/1998 Sb., o právu na informace o životním prostředí, ve znění zákona 132/2000 Sb. 388/1991 Sb., Zákon ČNR o Státním fondu životního prostředí 282/1991 Sb., Zákon o České inspekci životního prostředí a její působnosti v ochraně lesa 106/1999 Sb., Zákon o svobodném přístupu k informacím 100/2001 Sb., Zákon č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí a o změně některých souvisejících zákonů (zákon o posuzování vlivů na životní prostředí), ve znění zákona č. 93/2004 Sb., zákona č. 163/2006 Sb. a zákona č. 186/2006 Sb 86/2002 Sb., Úplné znění zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů (zákon o ochraně ovzduší) ve znění pozdějších předpisů 483/2008 Sb., Zákon, kterým se mění zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů (zákon o ochraně ovzduší), ve znění pozdějších předpisů 695/2004 Sb., Zákon o podmínkách obchodování s povolenkami na emise skleníkových plynů a o změně některých zákonů. Nařízení vlády 112/2004 Sb., Nařízení vlády o Národním programu snižování emisí tuhých znečišťujících látek, oxidu siřičitého a oxidů dusíku ze stávajících zvláště velkých spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší 117/2005 Sb., Nařízení vlády o některých opatřeních zabezpečujících ochranu ozonové vrstvy 146/2007 Sb., Nařízení vlády o emisních limitech a dalších podmínkách provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší 206/2006 Sb., Nařízení vlády, kterým se mění nařízení vlády č. 354/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky pro spalování odpadu 351/2002 Sb., Nařízení vlády, kterým se stanoví závazné emisní stropy pro některé látky znečišťující ovzduší a způsob přípravy a provádění emisních inventur a emisních projekcí, ve znění nařízení vlády č. 417/2003 Sb. 352/2002 Sb., Nařízení vlády, kterým se stanoví emisní limity a další podmínky provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší 354/2002 Sb., Nařízení vlády, kterým se stanoví emisní limity a další podmínky pro spalování odpadu, ve znění nařízení vlády č. 206/2006 Sb. 417/2003 Sb., Návrh nařízení vlády, kterým se mění nařízení vlády č. 351/2002 Sb., kterým se stanoví závazné emisní stropy pro některé látky znečišťující ovzduší a způsob přípravy a provádění emisních inventur a emisních projekcí 597/2006 Sb., Nařízení vlády o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší 615/2006 Sb., Nařízení vlády o stanovení emisních limitů a dalších podmínek provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší 315/2005 Sb., Nařízení vlády o Národním alokačním plánu pro obchodovací období roků

27 Vyhlášky Biotechnologie 355/2002 Sb., Vyhláška Ministerstva životního prostředí, kterou se stanoví emisní limity a další podmínky provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší emitujících těkavé organické látky z procesů aplikujících organická rozpouštědla a ze skladování a distribuce benzinu 356/2002 Sb., Vyhláška Ministerstva životního prostředí, kterou se stanoví seznam znečišťujících látek, obecné emisní limity, způsob předávání zpráv a informací, zjišťování množství vypouštěných znečišťujících látek, tmavosti kouře, přípustné míry obtěžování zápachem a intenzity pachů, podmínky autorizace osob, požadavky na vedení provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší a podmínky jejich uplatňování, ve znění vyhlášky 363/2006 Sb. a vyhlášky č. 570/2006 Sb. 357/2002 Sb., Vyhláška Ministerstva životního prostředí, kterou se stanoví požadavky na kvalitu paliv z hlediska ochrany ovzduší 362/2006 Sb., Vyhláška o způsobu stanovení koncentrace pachových látek, přípustné míry obtěžování zápachem a způsobu jejího zjišťování 363/2006 Sb., Vyhláška, kterou se mění vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 356/2002 Sb., kterou se stanoví seznam znečišťujících látek, obecné emisní limity, způsob předávání zpráv a informací, zjišťování množství vypouštěných znečišťujících látek, tmavosti kouře, přípustné míry obtěžování zápachem a intenzity pachů, podmínky autorizace osob, požadavky na vedení provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší a podmínky jejich uplatňování 455/2006 Sb., Vyhláška o stanovení požadavků na kvalitu paliv používaných pro vnitrozemská a námořní plavidla z hlediska ochrany ovzduší 509/2005 Sb., Vyhláška, kterou se mění vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 355/2002 Sb., kterou se stanoví emisní limity a další podmínky provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší emitujících těkavé organické látky z procesů aplikujících organická rozpouštědla a ze skladování a distribuce benzinu. 553/2002 Sb., Vyhláška, kterou se stanoví hodnoty zvláštních imisních limitů znečišťujících látek, ústřední regulační řád a způsob jeho provozování včetně seznamu stacionárních zdorjů podléhajících regulaci, zásady pro vypracování a provozování krajských a místních regulačních řádů a způsob a rozsah zpřístupňování informací o úrovni znečištění ovzduší veřejnosti 570/2006 Sb., Vyhláška, kterou se mění vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 356/2002 Sb., kterou se stanoví seznam znečišťujících látek, obecné emisní limity, způsob předávání zpráv a informací, zjišťování množství vypouštěných znečišťujících látek, tmavosti kouře, přípustné míry obtěžování zápachem a intenzity pachů, podmínky autorizace osob, požadavky na vedení provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší a podmínky jejich uplatňování 12/2009 Sb., Vyhláška o stanovení postupu zjišťování, vykazování a ověřování množství emisí skleníkových plynů a formuláře žádosti o vydání povolení k emisím skleníkových plynů 350/2002 Sb., kterým se stanoví imisní limity a podmínky a způsob sledování, posuzování, hodnocení a řízení kvality ovzduší 351/2002 Sb., ve znění nařízení vlády č. 417/2003 Sb., kterým se stanoví závazné emisní stropy 352/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší 353/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší 354/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky pro spalování odpadu

28 117/2005 Sb., o některých opatřeních zabezpečujících ochranu ozonové vrstvy Biotechnologie K nejdůležitějším zákonům v oblasti životního prostředí patří Zákon č. 17/1992 Sb. se změnami: 123/1998 Sb., 100/2001 Sb., který vymezuje a definuje základní zásady ochrany životního prostředí a povinnosti právnických a fyzických osob při ochraně a zlepšování stavu životního prostředí a při využívání přírodních zdrojů. 1 Účel zákona Zákon vymezuje základní pojmy a stanoví základní zásady ochrany životního prostředí a povinnosti právnických a fyzických osob při ochraně a zlepšování stavu životního prostředí a při využívání přírodních zdrojů; vychází přitom z principu trvale udržitelného rozvoje. 2 Životní prostředí Životním prostředím je vše, co vytváří přirozené podmínky existence organismů včetně člověka a je předpokladem jejich dalšího vývoje. Jeho složkami jsou zejména ovzduší, voda, horniny, půda, organismy, ekosystémy a energie. 3 Ekosystém Ekosystém je funkční soustava živých a neživých složek životního prostředí, jež jsou navzájem spojeny výměnou látek, tokem energie a předáváním informací a které se vzájemně ovlivňují a vyvíjejí v určitém prostoru a čase. 4 Ekologická stabilita Ekologická stabilita je schopnost ekosystému vyrovnávat změny způsobené vnějšími činiteli a zachovávat své přirozené vlastnosti a funkce. 5 Únosné zatížení území Únosné zatížení území je takové zatížení území lidskou činností, při kterém nedochází k poškozování životního prostředí, zejména jeho složek, funkcí ekosystémů nebo ekologické stability. 6 Trvale udržitelný rozvoj Trvale udržitelný rozvoj společnosti je takový rozvoj, který současným i budoucím generacím zachovává možnost uspokojovat jejich základní životní potřeby a přitom nesnižuje rozmanitost přírody a zachovává přirozené funkce ekosystémů. 7 Přírodní zdroje (1) Přírodní zdroje jsou ty části živé nebo neživé přírody, které člověk využívá nebo může využívat k uspokojování svých potřeb. (2) Obnovitelné přírodní zdroje mají schopnost se při postupném spotřebovávání částečně nebo úplně obnovovat, samy nebo za přispění člověka. Neobnovitelné přírodní zdroje spotřebováváním zanikají. 8 Znečišťování a poškozování životního prostředí (1) Znečišťování životního prostředí je vnášení takových fyzikálních, chemických nebo biologických činitelů do životního prostředí v důsledku lidské činnosti, které jsou svou podstatou nebo množstvím cizorodé pro dané prostředí. (2) Poškozování životního prostředí je zhoršování jeho stavu znečišťováním nebo jinou lidskou činností nad míru stanovenou zvláštními předpisy. 9 Ochrana životního prostředí Ochrana životního prostředí zahrnuje činnosti, jimiž se předchází znečišťování nebo poškozování životního prostředí, nebo se toto znečišťování nebo poškozování omezuje a odstraňuje. Zahrnuje ochranu jeho jednotlivých složek, druhů organismů nebo konkrétních ekosystémů a jejich vzájemných vazeb, ale i ochranu životního prostředí jako celku.

29 10 Ekologická újma Biotechnologie Ekologická újma je ztráta nebo oslabení přirozených funkcí ekosystémů, vznikající poškozením jejich složek nebo narušením vnitřních vazeb a procesů v důsledku lidské činnosti. 11 Zásady ochrany životního prostředí Území nesmí být zatěžováno lidskou činností nad míru únosného zatížení. 12 (1) Přípustnou míru znečišťování životního prostředí určují mezní hodnoty stanovené zvláštními předpisy; tyto hodnoty se stanoví v souladu s dosaženým stavem poznání tak, aby nebylo ohrožováno zdraví lidí a aby nebyly ohrožovány další živé organismy a ostatní složky životního prostředí. (2) Mezní hodnoty musejí být stanoveny s přihlédnutím k možnému kumulativnímu působení nebo spolupůsobení znečišťujících látek a činností. 13 Lze-li se zřetelem ke všem okolnostem předpokládat, že hrozí nebezpečí nevratného nebo závažného poškození životního prostředí, nesmí být pochybnost o tom, že k takovému poškození skutečně dojde, důvodem pro odklad opatření, jež mají poškození zabránit. 14 zrušen 15 Každý se může stanoveným způsobem domáhat u příslušného orgánu svých práv vyplývajících z tohoto zákona a dalších předpisů upravujících věci životního prostředí. Povinnosti při ochraně životního prostředí 17 (1) Každý je povinen, především opatřeními přímo u zdroje, předcházet znečišťování nebo poškozování životního prostředí a minimalizovat nepříznivé důsledky své činnosti na životní prostředí. (2) Každý, kdo využívá území nebo přírodní zdroje, projektuje, provádí nebo odstraňuje stavby, je povinen takové činnosti provádět jen po zhodnocení jejich vlivů na životní prostředí a zatížení území, a to v rozsahu stanoveném tímto zákonem a zvláštními předpisy. (3) Každý, kdo hodlá zavést do výroby, oběhu či spotřeby technologie, výrobky a látky, či kdo je hodlá dovážet, je povinen zabezpečit, aby splňovaly podmínky ochrany životního prostředí a aby v případech stanovených tímto zákonem a zvláštními předpisy byly posouzeny z hlediska jejich možných vlivů na životní prostředí. 18 (1) Každý, kdo svou činností znečišťuje nebo poškozuje životní prostředí, nebo kdo využívá přírodní zdroje, je povinen na vlastní náklady zajišťovat sledování tohoto působení a znát jeho možné důsledky. (2) Právnické osoby a fyzické osoby oprávněné k podnikání jsou povinny v rozsahu a za podmínek stanovených zvláštními předpisy poskytovat informace o svém působení na životní prostředí. 19 Každý, kdo zjistí, že hrozí poškození životního prostředí, nebo že k němu již došlo, je povinen učinit v mezích svých možností nezbytná opatření k odvrácení hrozby nebo ke zmírnění následků a neprodleně ohlásit tyto skutečnosti orgánu státní správy;

30 povinnost zasáhnout nemá ten, kdo by tím ohrozil život nebo zdraví své nebo osoby blízké.1) zrušen Odpovědnost za porušení povinností při ochraně životního prostředí 27 (1) Každý, kdo poškozováním životního prostředí nebo jiným protiprávním jednáním způsobil ekologickou újmu, je povinen obnovit přirozené funkce narušeného ekosystému nebo jeho části. Není-li to možné nebo z vážných důvodů účelné, je povinen ekologickou újmu nahradit jiným způsobem (náhradní plnění); není-li to možné, je povinen nahradit tuto újmu v penězích. Souběh těchto náhrad se nevylučuje. Způsob výpočtu ekologické újmy a další podrobnosti stanoví zvláštní předpis. (2) O uložení povinnosti rozhodne příslušný orgán státní správy. (3) Oprávněným ze způsobené ekologické újmy je stát; podrobnosti stanoví zákony České národní rady a Slovenské národní rady. (4) Pro ekologickou újmu se použijí obecné předpisy o odpovědnosti za škodu a o náhradě škody, pokud odstavce 1 až 3 nestanoví jinak. (5) Ustanoveními odstavců 1 až 3 nejsou dotčeny obecné předpisy o odpovědnosti za škodu a o náhradě škody. Sankce za poškozování životního prostředí 28 (1) Orgány pro životní prostředí uloží pokutu a) až do výše Kčs právnické nebo fyzické osobě oprávněné k podnikání, která při své činnosti porušením právních předpisů způsobí ekologickou újmu, b) až do výše Kčs právnické nebo fyzické osobě oprávněné k podnikání, která neučiní opatření k nápravě nebo neupozorní orgán státní správy ( 19). (2) Pokutu lze uložit do jednoho roku ode dne, kdy orgán pro životní prostředí zjistil porušení povinnosti, nejpozději však do tří let ode dne, kdy k porušení povinnosti došlo. (3) Uložením pokuty nejsou dotčeny obecné předpisy o náhradě škody. 29 Za porušení povinností stanovených zvláštními předpisy o ochraně životního prostředí se ukládají pokuty nebo jiná opatření podle těchto předpisů; tím nejsou dotčeny případná trestní odpovědnost ani odpovědnost za škodu podle obecných právních předpisů. 30 Příslušné orgány státní správy pro životní prostředí jsou oprávněny v případech, kdy hrozí závažné poškození životního prostředí nebo kdy k poškození již došlo, rozhodnout o dočasném zastavení nebo omezení činnosti, která může toto poškození způsobit nebo je již způsobila, na dobu nejdéle 30 dnů (předběžné opatření) a současně navrhnout opatření k nápravě věcně příslušným orgánům státní správy. Podrobnosti stanoví zvláštní předpisy. Ekonomické nástroje 31 Za znečišťování životního prostředí, případně jeho složek a za hospodářské využívání přírodních zdrojů platí fyzické nebo právnické osoby daně, poplatky, odvody a další platby, stanoví-li tak zvláštní předpisy. 32

31 Zvláštní předpisy stanoví, kdy mohou být právnické nebo fyzické osoby, které chrání životní prostředí nebo využívají přírodní zdroje v souladu s principem trvale udržitelného rozvoje, zvýhodněny úpravami daní a odvodů nebo poskytováním úvěrů a dotací. 33 Nástroji ochrany životního prostředí jsou také fondy životního prostředí; podrobnosti stanoví zvláštní předpisy. Ustanovení přechodná a závěrečná 34 (1) Využívání území, přírodních zdrojů, staveb, technologií, výrobků a látek, které neodpovídá ustanovením tohoto zákona a podmínkám vyplývajícím ze zvláštních předpisů o ochraně jednotlivých složek životního prostředí, musí být uvedeno do souladu s těmito předpisy ve lhůtách jimi stanovených. (2) Pokud nebude ve lhůtách stanovených zvláštními předpisy dosaženo souladu podle odstavce 1, musí být činnost omezena nebo zastavena. Rozhodnutí vydají příslušné orgány státní správy. [2] Česká republika se vstupem do Evropské unie a podpisem významných mezinárodních dokumentů (Aarhuská úmluva, Protokol o registrech úniků a přenosů znečišťujících látek) zavázala plnit povinnosti v oblasti životního prostředí, které z těchto mezinárodních aktů vyplývají. Jedná se zejména o shromažďování a šíření informací o životním prostředí, umožnění svobodného přístupu veřejnosti k těmto informacím a tvorbu registru úniků a přenosů znečišťujících látek. Ke splnění závazků bylo nutné doplnit legislativu v České republice o nové právní nástroje, které výše uvedené procesy umožnily. V únoru 2002 byl přijat zákon č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci a omezování znečištění, o integrovaném registru znečišťování a o změně některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů (zákon o integrované prevenci). Tento zákon založil integrovaný registr znečišťování životního prostředí (IRZ) jako veřejně přístupný informační systém emisí a přenosů znečišťujících látek. Veřejná přístupnost kvalitativně odlišila IRZ od ostatních již provozovaných registrů v oblasti životního prostředí a klade daleko větší požadavky na správu a provoz registru. Kompetentními orgány v rámci IRZ jsou Ministerstvo životního prostředí (MŽP), Česká inspekce životního prostředí (ČIŽP) a CENIA, česká informační agentura životního prostředí..[3-5] Změny v právní úpravě IRZ od roku 2008 Od roku 2008 upravuje fungování IRZ (v návaznosti na evropské nařízení č. 166/2006/ES) samostatný právní předpis zákon č. 25/2008 Sb., o integrovaném registru znečišťování a integrovaném systému plnění ohlašovacích povinností v oblasti životního prostředí a změně některých zákonů, a prováděcí nařízení vlády č. 145/2008 Sb., kterým se stanoví seznam znečišťujících látek a prahových hodnot a údaje požadované pro ohlašování do integrovaného registru znečišťování životního prostředí. Oba právní předpisy v návaznosti na evropské nařízení o Evropském registru úniků a přenosů znečišťujících látek dotváří rozsah požadovaných údajů ohlašovaných do IRZ od ohlašovacího roku Účinné právní předpisy k integrovanému registru znečišťování - Zákon č. 25/2008 Sb., o integrovaném registru znečišťování a integrovaném systému plnění ohlašovacích povinností v oblasti životního prostředí a o změně některých zákonů - Nařízení vlády č. 145/2008 Sb., kterým se stanoví seznam znečišťujících látek a prahových hodnot a údaje požadované pro ohlašování do integrovaného registru znečišťování životního prostředí.

32 - Nařízení Evropského parlamentu a Rady č. 166/2006 ze dne 18.ledna 2006, kterým se zřizuje evropský registr úniků a přenosů znečišťujících látek a kterým se mění směrnice Rady 91/689/EHS a 96/61/ES. 3. Kompostování 3.1. Charakteristika kompostování Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl Po prostudování této kapitoly budete umět charakteristika kompostování typy kompostování Výklad Kompostování je přírodní proces, při kterém dochází k rozkladu organických odpadů působením mikroorganismů, vody a kyslíku na humusové látky. Během zrání probíhají v kompostu převážně aerobní (tzn. za přístupu kyslíku) mikrobiologické pochody, které lze rozčlenit do tří hlavních fází, daných stupněm přeměny organických látek, obr. 12, 13.

33 Obr. 12: kompostování 1. fáze - charakteristická energickým rozkladem snadno odbouratelných organických sloučenin (jednodušší sacharidy, aminokyseliny apod.). Dominantní složkou aktivní mikroflóry jsou nyní mikroskopické houby a tyčinkovité bakterie, jejichž intenzívní činností prudce roste teplota substrátu na C a zároveň se uvolňuje značné množství CO 2. Vzrůstá kolonizace kompostu termofilními houbami, jež mají důležitou úlohu při pozdější tvorbě humusu. 2. fáze - fáze hlavního zrání, kdy probíhá rozklad obtížněji rozložitelných látek (celulóza, lignin, proteiny), typická střídáním období rozvoje a útlumu mikrobní činnosti na sebe navazujících potravních gild mikroorganismů. Ústup mikroskopických hub, rozvoj aktinomycet, následně celulolytické mikroflóry. Organické látky postupně odbourávány v delším časovém horizontu, část mineralizována na anorganické ionty, z části v procesu organické syntézy vznikají stabilnější humusové látky. Teplota začíná klesat a kompost získává hnědou barvu a zemitou strukturu. 3. fáze - poslední fáze, kdy je kompost prakticky vyzrálý, osídlován autochtonními kokovitými bakteriemi, obecně 6-12 měsíců od založení kompostu. V této fázi má zralý kompost homogenní strukturu a voní po lesní půdě. Co je vhodné ke kompostování ovocné a zeleninové odpady kávové a čajové zbytky novinový papír, lepenka, papír. ručníky (pro domácí kompostování však není papír nejvhodnější, lepší je odnést ho do kontejneru na tříděný papír) posekaná tráva, listí, drnové řezy, větvičky třísky, piliny, hobliny, kůra trus hospodářských zvířat popel ze dřeva skořápky z ořechů Co není vhodné ke kompostování kosti (v tom, zda kosti kompostovat či ne se různí autoři rozcházejí), odřezky masa, tuky chemicky ošetřené materiály rostliny napadené chorobami popel z uhlí, cigaret časopisy oddenkový plevel

34 plasty, kovy, sklo, kameny Obr. 13: kompostování Základní podmínky pro kompostování Vstupní materiál musí obsahovat organické látky pro výživu mikroorganismů, hub i edafonu (červi, žížaly, stonožky, mnohonožky, korýši, atd.), aktivně se podílejících na rozkladu, mineralizaci i humifikaci, a to v poměru C:N (uhlíku a dusíku) = 15-30:1 (Š. Průběh a rychlost rozkladu ovlivňuje mnoho faktorů z nichž nejvýznamnější jsou teplota, vlhkost a aerační status (tzn. zda kompostování probíhá za přístupu kyslíku či bez něj). Optimální vlhkost materiálu je %, pro dostatečný přísun kyslíku je nutno materiál kypřit a míchat a tím umožnit dostatečný přístup kyslíku. Z důvodů zpřístupnění hůře rozložitelných organických látek (celulóza, lignin) mikroorganismům je vhodné hrubší suroviny podrtit na malé části (zvětšením aktivního povrchu dochází k rychlejší kolonizaci společenstvem mikroorganismů a tedy i odbourání složitějších látek).

35 Pro urychlení procesu kompostování lze provést naočkováním materiálu malým množstvím půdy či hotového kompostu (vnesení společenstev rozkladačů na nový zdroj opět urychluje rozkladný proces). Praktické zásady kompostování 1. Doporučený poměr C:N (uhlíku a dusíku) můžeme regulovat vhodným poměrem organických látek uvedených v tabulce. Materiál čerstvý, šťavnatý, zelený obsahuje hodně dusíku, materiál starší, dřevnatý a hnědý je bohatý na uhlík. Obecným pravidlem je přidávat 2-3 díly hnědého materiálu na 1 díl zeleného materiálu. Tab. Poměr C:N v některých surovinách ke kompostování Surovina C:N (uhlík : dusík) posekaná tráva 20:1 odpad z kuchyně 20:1 hnůj skotu 20:1 koňský hnůj 25:1 listí 50:1 jehličí 70:1 sláma 100:1 kůra 120:1 dřevo 200:1 piliny 500:1 Pokud kompost zapáchá jako zkažené vejce, znamená to, že v něm převládá materiál s nadměrným obsahem uhlíku. V tomto případě přidáme posekanou trávu nebo listí. Vysoký obsah dusíku zase signalizuje zápach po amoniaku, do kompostu tedy přimícháme dřevěné třísky, kůru nebo piliny. 2. Velmi důležité je pravidelné míchání kompostu z důvodu rovnoměrného přístupu kyslíku, přibližně jednou až čtyřikrát do měsíce. 3. Je třeba kontrolovat vlhkost kompostu (kompostovaný materiál by měl být na dotek vlhký jako dobře vyždímaný ručník ). Doba potřebná k přeměně odpadu v plnohodnotný kompost záleží na mnoha faktorech, jako je teplota, složení kompostu, postup při kompostování atd. Příklad kompostéru vhodného pro domácí kompostování obr. 14.

36 Obr. 14: kompostér pro domácí použití. specifikace objem: 720 litrů výška: 115 cm základna: 94 x 94 cm hmotnost: 17,5 kg barva: zelená Kompostér je vyroben z recyklovaného plastu, nádoba kompostéru nemá dno (z důvodu volného styku s půdou a přístupu mikroorganismům, červů a žížal). Je opatřen víkem s otočným ventilem pro regulaci prostupu vzduchu, bočními dvířky pro vyjímání kompostu a otvory sloužícími k provzdušňování Anaerobní digesce Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl Po prostudování této kapitoly budete umět Výklad popsat anaerobní digesci produkty digesce bioplynové stanice Soubor procesů, ve kterých směsná kultura mikroorganismů rozkládá biologicky odbouratelnou organickou hmotu bez přístupu vzduchu, obr: 15,16, 17.

37 Hlavní důvody využívání anaerobní digesce: Obr. 15: anaerobní digesce. Obr. 16: anaerobní digesce.

38 Obr. 17: anaerobní digesce. Anaerobní digesce = anaerobní fermentce = anaerobní vyhnívání Další z biologických metod zpracování odpadů. Je to technologie výroby bioplynu z biologických odpadů, krom bioplynu vzniká biologicky stabilizovaný substrát. Řízená anaerobní digesce: Perspektivní způsob ekologického zpracování zbytkové biomasy. Bioenergetická transformace organických látek. Využívá se v bioplynových stanicích.

39 Produkty anaerobní digesce: Bioplyn chemické složení bioplynu 55-70% CH4, 27-47% CO2, 3% H2S (sulfan zapáchá po zkažených vejcích 1% H2 Biologicky stabilizovaný substrát Využití bioplynu: Přímé spalování a ohřev teplonosného média (topení, sušení) Výroba el. energie a ohřev teplonosného média Palivo pro automobily, obr. 18 Obr. 18: Nejrychlejší auto na bioplyn - 327,5 km/h

40

41

42 3.3. Komunitní kompostování Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl Po prostudování této kapitoly budete umět Výklad popsat schéma cyklus bioodpadu definovat komunitní kompostování Bioodpad, jakožto jediný odpad, který lze v domácích podmínkách kvalitně recyklovat (kompostovat), by měl být na prvním místě, ať už se jedná o jeho zpracováním domácím, či komunálním kompostováním. Z legislativního hlediska tento odpad ani nevznikne, protože ho občan využije pro svou vlastní potřebu jakožto materiál vhodný ke kompostování. Pro zahrádkáře žádná novinka, avšak kompostovat se dá i ve městech a obcích s bytovou zástavbou. Komunitním kompostováním se rozumí zpracování bioodpadu neformální komunitou občanů, která využívá vlastní kompostovatelný materiál pro výrobu kompostu (obyvatelé bytového domu, pracovníci firem, zahrádkáři, školy). Komunita s materiálem musí nakládat tak, aby neohrožovala a neobtěžovala jiné osoby ani jejich práva. Při komunitním kompostování není nutné kompostovaný materiál nikde přepravovat, s čímž souvisí méně hluku, výfukových plynů i aut na silnicích. Jak mohou obyvatelé obce začít s komunitním kompostováním občanů? oslovit sousedy ve svém okolí, kteří by se zapojili do komunitního kompostování najít vhodné místo pro komunitní kompostér zajistit souhlas majitele pozemku s umístěním komunitního kompostéru koupit nebo postavit komunitní kompostér nebo založit komunitní kompostoviště umístit na kompostér či kompostoviště informaci co lze do kompostu dávat dále je třeba trpělivosti a nadšení a výsledek se určitě dostaví vyrobený kompost si komunita může rozdělit pro svoji osobní spotřebu, dále se dá využít pro úpravu a zkvalitnění okolí domu. Tento systém však neřeší situace, kdy občané skutečně nemohou nebo nechtějí sami kompostovat. Měl by proto ve městě či obci fungovat systém odděleného sběru bioodpadů, nebo alespoň komunitní kompostování obce. Jak podporovat domácí a komunitní kompostování? finanční motivace - sleva v platbě za odpady osvěta ve školách osvěta v rámci významných dnů (např. Den Země) formou informačního stánku pravidelné informace v místních médiích (periodika, www stránky města) finanční podpora nákupu kompostérů zelená telefonní linka

43 Životní cyklus bioodpadu obr. 19 Obr. 19: životní cyklus bioodpadu. Biologické čištění odpadních vod Slouží k odstranění znečišťujících látek, které jsou rozpuštěny nebo rozptýleny v odpadních vodách tak, že nejsou schopny sedimentace. Principem je biologická kultura mikroorganismů, která tyto látky z vody, v rámci svých životních procesů, získává jako stavební látky a zdroj energie a která je od vyčištěné odpadní vody oddělitelná jednoduchým fyzikálním postupem (obvykle sedimentací). Technologické postupy biologického čištění odpadních vod na čistírnách dělíme obecně na technologie s biologickou kulturou přisedlou na pevném povrchu (biologické filtry) a na technologie s biologickou kulturou ve vznosu (aktivační nádrže). K biologickému čištění odpadních vod jsou nezbytné následující vstupní parametry:

44 - dostatek organických látek podléhajících aerobnímu biologickému rozkladu, - dostatečně dlouhou dobu adaptované mikroorganismy, - nepřítomnost toxických látek, - dostatek rozpuštěného kyslíku, - ph bez extrémních hodnot a bez náhlých změn, - teplota v rozmezí 5 až 35 C, - nikoli extrémní koncentrace rozpuštěných anorganických solí, - poměr mezi BSK 5 :N:P nejméně 100:5:1. Biologické filtry a disky Biologické filtry (biofiltry) jsou nádrže vyplněné kusovým materiálem, který je zkrápěn mechanicky předčištěnou odpadní vodou. Po určité době zapracování se na náplni vytvoří slizovitý povlak mikroorganismů. Princip čištění je biologický, nejedná se tedy v pravém slova smyslu o filtraci. Schéma biofiltru obr. 20: 1 - přítok, 2 - odtok, A - středový sloup, B - Segnerovo kolo, C - náplň, D - rošt, E - větrací otvory, F - obvodový plášť. Obr. 20: schéma biofiltru. Ke skrápění se nejčastěji používá tzv. Segnerovo kolo obr. 21. (Na duté ose je osazena děrovaná roura, ze které je voda rozdělována stejnoměrně po celém povrchu biofiltru.):

45 Obr. 21: Segnerovo kolo Náplní biofiltru může být jakýkoliv materiál, který dostatečně vzdoruje mechanickému otírání, vlivu vlhkosti, chemickým vlivům a má drsný povrch. Jako náplň se nejčastěji používá štěrk, vápenec, struska a nyní především umělé hmoty. Velikost zrna má být v průměru 5-10 cm. Umělohmotné náplně mají speciální úpravu s co největším povrchem a s co nejsnazší manipulací - jde obvykle o desky mřížovitého tvaru, bloky s definovanou velikostí otvorů apod. (V minulosti byly používány tzv. "husí krky" - 10 cm dlouhé části drenážních trubek jako sypaná náplň biofiltrů.) Přednosti náplně z umělých hmot spočívají zejména ve velkém specifickém povrchu umožňujícím vyšší hydraulické zatížení, v nízké hmotnosti náplně, bezporuchovém provozu (nedochází k ucpávání náplně) i v úspoře elektrické energie. Biologické filtry snášejí i vysoké zatížení a nacházejí použití i pro čištění poměrně koncentrovaných průmyslových odpadních vod. Výška filtrační vrstvy bývá 1,5 až 4 m. Větrací otvory ve stěně filtru musí mít celkovou plochu nejméně 1 % z půdorysné plochy náplně, aby přirozené větrání stačilo k dostatečnému přísunu kyslíku pro aerobní biochemické pochody probíhající ve slizovitém povlaku náplně. Proudění vzduchu v biofiltru vzniká v důsledku rozdílu vnější teploty (teploty vzduchu) a teploty odpadní vody. Vyšší vnitřní teplota filtru v zimě způsobuje vzestupné proudění, vyšší teplota vzduchu v létě naproti tomu sestupné proudění. K obratu dochází, dosáhne-li rozdíl teplot 20 C. Podle způsobu provozu se dělí biologické filtry na pomalé filtry s čerpáním z akumulační jímky nebo s gravitačním přítokem a na biologické rychlofiltry nepřetržitě skrápěné odpadní vodou. Biologicky vyčištěná voda je z biologických filtrů odváděna do dosazovacích nádrží. Zatím co za pomalými filtry dosazovací nádrž není nezbytně nutná (ovšem její instalace provozu rozhodně neškodí), musí být za rychlofiltry zařazovány dosazovací nádrže s dobou zdržení asi 1,5-2 hodiny,

46 neboť v důsledku vysokého hydraulického zatížení je nadbytečný biologický povlak odplavován čištěnou vodou. Na pomalých filtrech lze čistit vodu s max. BSK5 145 g/m 3, na rychlofiltrech 130 g/m 3. Aby bylo možno čistit vody koncentrovanější, je nutno snížit jejich BSK 5. K jejich naředění se používá vyčištěná voda, která se recirkuluje. Recirkulováním vody je také umožněno trvalé skrápění biologických rychlofiltrů. V praxi se používá buď tzv. malá nebo velká recirkulace. Na funkci biofiltru nemá způsob zvolené recirkulace vliv, rozdíl spočívá pouze v dimenzování usazovací a dosazovací nádrže. U malé recirkulace se usazovací nádrž dimenzuje pouze pro množství surové odpadní vody (Q o ) a dosazovací nádrž pro množství surové i recirkulované vody (Q o + Q r ). U velké recirkulace je to obráceně. Poměr Q r /Q o je označován jako tzv. recirkulační poměr R. Jeho hodnota má být co nejnižší, protože čím větší je množství recirkulované vody, tím jsou vyšší energetické náklady na čerpání recirkulované vody a tedy i provozní náklady. Biologické disky Jedná se o zařízení skládající se z kotoučů osazených v několika centimetrových vzdálenostech na pomalu se otáčející hřídeli. Kotouče jsou z plastických hmot. Při otáčení zasahují přibližně jednou polovinou do odpadní vody. Na biologickém povlaku vytvořeném na povrchu kotoučů dochází ke stejným pochodům jako na náplni biologických filtrů. Za biologickými disky musí být vždy zařazena dosazovací nádrž, v níž se oddělí biologický povlak uvolněný z disků od vyčištěné vody. Biologické disky se používají k čištění odpadních vod z malých aglomerací, max. do obyvatel, obr. 22.

47 Obr.22: Biologický disk. Aktivace Aktivace je jedním z nejčastěji používaných způsobů biologického čištění jak městských, tak i průmyslových odpadních vod. Při tomto druhu čištění je odpadní voda směšována s tzv. aktivovaným kalem za dostatečného provzdušňování. Aktivovaný kal je tvořen mikroorganismy, převážně bakteriemi, které se vyskytují zejména ve formě zoogleí. Kromě bakterií jsou z vyšších organismů přítomni prvoci, vířníci, hlístice aj. Osídlení aktivovaného kalu mikroorganismy (jeho biocenóza) závisí do značné míry na složení substrátu, na kterém byl vypěstován, a na technologických parametrech, při kterých byla aktivace provozována. Je směsnou kulturou mikroorganismů. Od čistých kultur se liší také tím, že je schopen se oddělovat od kapalné fáze prostou sedimentací, protože má vločkovitý charakter. Tato jeho vlastnost je nezbytná pro úspěšné biologické čištění. Při čištění odpadních vod aktivovaným kalem nedochází jen k pochodům biochemickým, kterými mikroorganismy získávají energii a vytvářejí novou biomasu. Důležité jsou také pochody sorpční, a to adsorpce koloidních a některých rozpuštěných látek na vločkách aktivovaného kalu. Po dostatečně dlouhé době styku odpadní vody s aktivovaným kalem v aktivační nádrži se vede směs do dosazovací nádrže, kde se oddělí vločky aktivovaného kalu od vyčištěné odpadní vody. Během aktivace množství kalu neustále přibývá. Syntetickými pochody se tvoří nová biomasa, jejíž část, tzv.

48 přebytečný kal, se z dosazovací nádrže odvádí mimo proces k samostatnému zneškodnění a část se vrací (recirkuluje) zpět do procesu (vratný kal). Existuje mnoho typů aktivačního procesu, které se liší především způsobem zapojení jednotlivých nádrží za sebou a způsobem rozvodu (čerpání) přitékající odpadní vody, vraceného zahuštěného kalu (z dosazovací nádrže) a v některých případech i směsi aktivovaného kalu a vody. Aktivační nádrž musí tedy být míchána, čerpána a především provzdušňována. Směs kalu a vody se v aktivaci provzdušňuje bud' stlačeným vzduchem (nebo dokonce kyslíkem), jde o hrubo, středně nebo jemněbublinnou pneumatickou aeraci, nebo mechanickými aerátory horizontálními (Kessenerovy kartáče), popř. vertikálními (turbínové aerátory), nebo hydropneumatickými injektory. Stlačený vzduch je do nádrží vháněn bud' pomocí kompresorů (nejmenší čistírny odpadních vod), ventilátorů nebo dmychadel. Na aktivační čistírně odpadních vod musí být vždy rezervní zdroj stlačeného vzduchu, aby nedošlo při poruše k dlouhodobému přerušení dodávky vzduchu do nádrží. Vlastní provzdušňování probíhá pomocí děrovaných rozvodů na dně nádrží. Na hrubo a středněbublinnou aeraci jsou používány děrované trubky, na jemněbublinnou speciální provzdušňovací elementy (velmi jemně děrované segmenty z umělých hmot). V minulosti byly jako nouzový zdroj jemněbublinné aerace používány děrované trubky obalené molitanovými deskami. Umístění provzdušňování na dně nádrže v sobě nese riziko zanášení otvorů v elementech sedimentujícími látkami při špatné funkci sedimenačních nádrží. Okysličovací schopnost daného aeračního zařízení lze kvantitativně vyjádřit tzv. oxygenační kapacitou, která se stanovuje experimentálně. Oxygenační kapacita je definována jako množství kyslíku, které zařízení dodá do jednotkového objemu nádrže za jednotku času při počáteční nulové koncentraci rozpuštěného kyslíku. Je udávána v kg/m 3.d. K promíchávání těch aktivačních nádrží, které nemají být provzdušňovány, slouží speciální míchadla, nebo jsou míchány čerpadly. Na čerpací techniku používanou v aktivaci jsou stejné nároky jako na čerpadla osazená v ochranné části technologické linky čistírny odpadních vod. Příklady aktivačních nádrží, obr.23,24:

49 Obr.23: Příklad aktivační nádrže Obr.24: Příklad aktivační nádrže Základní technologické parametry aktivace jsou:

50 - Doba zdržení (h) - objem nádrže dělený hodinovým přítokem odpadní vody. - Objemové zatížení (kg/m 3.d) množství BSK 5 nebo CHSK přivedené do 1 m 3 nádrže za den. - Zatížení kalu (kg/kg.d) množství BSK 5 nebo CHSK přivedené na 1 kg sušiny kalu (celkové nebo organické) v nádrži za den. - Stáří kalu (d) - podíl váhy sušiny kalu v nádrži a váhy sušiny odebírané za den jako přebytečný kal. - Recirkulační poměr R - určuje množství vraceného kalu vzhledem k přítoku odpadní vody. Obvykle se pohybuje v rozmezí od 0,1 do 1,0. - Kalový index KI (ml/g) - objem, který zaujímá 1 g sušiny po půlhodinové sedimen taci. Je mírou usazovací schopnosti kalu. Velmi dobře sedimentující kal mívá KI = 100. Při velmi špatné sedimentaci se hovoří o zbytnělém kalu. - Koncentrace kalu (g/l) - Koncentrace kalu v nádrži není libovolně volitelná. Kromě složení odpadní vody, stáří kalu a době zdržení závisí dosažitelná koncentrace kalu v aktivaci na kalovém indexu KI a recirkulačním poměru R. Koncentrace sušiny aktivovaného kalu se pohybuje řádově v jednotkách g/l. Z teoretického hlediska lze aktivaci provozovat čtyřmi způsoby jako - jednorázový (diskontinuální) systém, - kontinuální systém na principu ideálního směšování, - kontinuální systém na principu pístového toku, - semikontinuální systém. První (diskontinuální) systém se v praxi neuplatňuje, používá se však při pokusech v laboratorním měřítku. Těmito jednoduchými pokusy lze získat základní poznatky nutné pro vlastní návrh technologického zařízení. V kontinuálním systému na principu ideálního směšování (směšovací aktivace) se odpadní voda a vracený kal přivádějí odděleně do nádrže, která je intenzivně provzdušňována a míchána. Vhodným uspořádáním přítoku a volbou vhodného tvaru a velikosti nádrže lze dosáhnout rychlého rozdělení odpadní vody v celém objemu aktivační nádrže, takže v celém objemu nádrže je přibližně stále stejná koncentrace substrátu a nedochází k nárazovému zatížení kalu. To má za následek, že i spotřeba kyslíku pro aerobní biologické pochody je všude stejná. Koncentrace toxických látek se v tomto systému hned zpočátku zředěním snižuje. Nevýhodou směšovací aktivace je, že se v tomto systému nedaří vždy udržet aktivovaný kal dobře sedimentující. Při čištění některých druhů odpadních vod dochází k rozvoji vláknitých mikroorganismů a tvoří se kal, který se velmi špatně usazuje. Kal je vynášen z dosazovací nádrže do odtoku a v nádrži lze udržet jen nízkou koncentraci kalu. V současné době se tento typ procesu provozuje jen na některých typech malých čistíren odpadních vod. V kontinuálním systému na principu pístového toku (aktivace s postupným tokem) se odpadní voda pohybuje v dlouhé nádrži tak, aby podélné mísení bylo omezené. Postupný tok lze realizovat také tak, že aktivační nádrž se rozdělí na určitý počet menších sekcí. Koncentrace substrátu se z vysoké hodnoty na počátku nádrže postupně snižuje. Aktivovaný kal je tedy ve styku s měnící se koncentrací substrátu. Podél nádrže se mění rychlost odstraňování substrátu a také rychlost spotřeby kyslíku, která je na počátku nádrže největší a na konci nejmenší. Do jaké míry se kontinuální systém blíží ideálnímu směšování či pístovému toku lze charakterizovat tzv. disperzním číslem nádrže. Disperzní číslo se pohybuje od nuly pro pístový tok do nekonečna pro ideální míchání. U provozních aktivačních nádrží s postupným tokem bývá obvykle disperzní číslo rovno 1. Nevýhodou aktivace s postupným tokem je, že na počátku nádrže se dostává aktivovaný kal do styku s vysokou koncentrací substrátu, a tím i eventuálně přítomných toxických látek. Výhodou je, že v těchto systémech je obvykle rozvoj vláknitých mikroorganismů potlačen, takže nejsou potíže s bytněním kalu. Semikontinuální systém je ve své podstatě založen na principu provozu jedné nádrže jako aktivační a následně jako dosazovací. Za provozu se tedy mění objem nádrže, jak postupně přitéká odpadní voda,

51 a tím i zatížení, nádrž je tedy provozována jako ideálně míchaná. Tento postup je používán u některých malých čistíren odpadních vod a má výhody i nevýhody ideálně míchaných aktivačních nádrží. Vzhledem k postupnému zatěžování kalu je ovšem sníženo nebezpečí vláknitého bytnění kalu. Aktivační procesy lze rozdělit především podle zatížení, a to na čtyři skupiny - nízko, středně a vysoce zatíženou aktivaci a aktivaci dvoustupňovou. Dlouhodobá aktivace Tento způsob se vyznačuje dlouhými dobami zdržení (24 hodin a více), delšími než je zapotřebí k odstranění organických látek z odpadní vody. Provozuje se při objemovém zatížení zhruba 0,3 kg/m 3.d a zatížení kalu 0,05-0,1 kg/kg.d. Velmi nízké zatížení kalu je příčinou, že kal je nedostatečně živen. Za těchto podmínek se přebytečný kal tvoří jen málo a organické látky v něm obsažené jsou během dlouhé doby zdržení postupně mineralizovány. Kal je nehnilobný a v některých případech dokonce nevyžaduje další zneškodnění. Hovoří se o tom, že je aerobně stabilizován. Čistírny odpadních vod bývaly v tomto případě stavěny bez primární sedimentace kalu. Tento typ aktivace reprezentuje např. oxidační příkop a různé typy malých kompaktních čistíren odpadních vod (jedna nádrž rozdělená příčkami na aktivační a dosazovací nádrž). Střednědobá aktivace Aktivace prodělala od svého vzniku řadu změn a úprav. Různou úpravou zapojení je možno klasickou středně zatěžovanou aktivaci provozovat v základním uspořádání, anebo jako aktivaci s tzv. odstupňovanou aerací, postupně zatěžovanou aktivací (systém Gould), aktivaci s kontaktní stabilizací kalu a selektorovou aktivaci. Klasická aktivace Odpadní voda je mechanicky předčištěna a přiváděna do aktivační nádrže. Aktivovaný kal se od vyčištěné vody oddělí v dosazovací nádrži a vrací zpět do procesu. Klasická aktivace se provozuje při objemovém zatížení v BSK 5 0,5-0,8 kg/m 3.d a zatížení kalu v BSK 5 0,2-0,6 kg/kg.d. Čistící účinek bývá nad 90 % BSK 5. Doba zdržení odpadní vody v aktivaci bývá obvykle 6-8 hodin. Tento systém je možné různě modifikovat. Například zařazením regenerace kalu (samostatně provzdušňovaná nádrž s vratným kalem) lze při době zdržení stejné jako v klasické aktivaci dosáhnout stabilizace kalu jako u aktivace dlouhodobé. Použitá literatura, kterou lze čerpat k dalšímu studiu [1] PITTER, P. Hydrochemie. Praha: VŠCHT s. ISBN [2] BINDZAR, J. a kol. Základy úpravy a čištění vod. Praha: VŠCHT s. ISBN [3] HLAVÍNEK, P., ŘÍHA, J. Jakost vody v povodí. Brno: VUT s. ISBN [4] DOHÁNYOS, M., KOLLER, J., STRNADOVÁ, N. Čištění odpadních vod. Praha: VŠCHT

52 [5] ŠÁLEK, J., ŽÁKOVÁ, Z., HRNČÍŘ, P. Přírodní čištění a využívání vody v rodinných domech a rekreačních objektech. Brno: ERA group s. ISBN [6] ŠÁLEK, J.; TLAPÁK, V. Přírodní způsoby čištění znečištěných povrchových a odpadních vod. Praha: ČKAIT, s.r.o s. ISBN [7] LYČKOVÁ, B., FEČKO, P.; KUČEROVÁ, R. Zpracování kalů. Ostrava: VŠB-TUO s. ISBN [8] DOHÁNYOS, M. a kol. Anaerobní čistírenské technologie. Brno: NOEL 2000 s.r.o s. ISBN [9] MARTOŇ, J. a kol. Získavanie, úprava, čistenie a ochrana vôd. Bratislava: ALFA s. ISBN Kompostování. Bioplynová stanice. aerobní digesce. Shrnutí pojmů kapitoly Otázky k probranému učivu 1.Definujte bioodpad? 2. Co jsou to biofiltry? 3.Co znamená aktivace? 4. Vermikompostování 4.1. Charakteristika vermikompostování Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl Po prostudování této kapitoly budete umět definovat vermikompostování popsat základní způsoby vermikompostování

53 Výklad Vermikompostování je biooxidačním a stabilizačním procesem přeměny biologicky rozložitelných materiálů, pomocí vzájemné interakce přirozené degradační činnosti mikroorganismů, činnosti drobných živočichů a hlavně činnosti žížal. K vermikompostování se běžně využívá především domorodého druhu žížal, což jsou u nás žížaly z rodu Eisenia foetida (žížaly hnojní) nebo jejich speciálně vyšlechtěná odrůda určená k vermikompostování bioodpadů Eisenia andrei (červená kalifornská). -Eisenia foetida, žížala hnojní běžně se vyskytující druh žížaly, žijící v hnijících materiálech, kompostech a hnojích. Vyznačuje se červeným zabarvením a úzkým tělem. -Eisenia andrei, červená kalifornská žížala speciálně vyšlechtěný druh z klasické žížaly hnojní. Vyznačuje se vyšší žravostí a rozmnožovací schopností. Charakteristické červené zbarvení má o něco tmavší. Vyhledává hnijící materiály a organickou hmotu, bohatou na mikrobiální život. Jedná se o nejčastěji využívaný druh žížaly při vermikompostování. Červená kalifornská žížala Eisenia andrei, obr. 25: Obr. 25: Červená kalifornská žížala Eisenia andrei. Díky využití potenciálu dešťovek lze přeměnit organickou hmotu na vysoce kvalitní hnojivo. Materiál vzniklý vermikompostováním se nazývá vermikompost. Vermikompostování směsného bioodpadu, obr.26:

54 Obr. 26: Vermikompostování směsného bioodpadu. Vermikompost obsahuje vysoké množství huminových látek, výživných látek a také vyšší obsah růstových regulátorů. Ty dnes vzhledem ke snižující se produkci statkových hnojiv v půdě chybí. Vermikompost dokáže tato organická hnojiva z části nahradit a jejich aplikací na půdu lze také dosáhnout snížení množství anorganických hnojiv. Využívání žížal k rozkladu organických materiálů patří mezi jeden z nejstarších, ale také nejpokročilejších způsobů kompostování. Materiál je v tomto případě intenzivně zpracováván žížalami, neustále je vlastně provzdušňován a překopáván, bez jakéhokoliv vnějšího zásahu. V průběhu procesu vermikompostování se vytváří vlhkost a přebytečná voda klesá na dno, musí být odváděna, aby nedošlo k tlení. Tento výluh, nazýván také žížalí čaj, je velice účinný například při přihnojování rostlin, zejména květin a také zeleniny, u níž probíhá vegetace. Je účinný i jako prevence před napadením škůdci, či jako postřik vinné révy. Výluh nesmí být použit neředěný. Ideální je 5 % ředění. Pokud je potřeba jej uměle vytvořit, získá se tedy rozmícháním 60 g vermikompostu v 1 l vody a 24 hodinovým louhováním. Tato tekutina obsahující biostimulátory může být využita také jako postřik. Tím dosáhneme toho, že tyto vysoce účinné látky jsou rostlinami vstřebány. Část postřiku, která dopadne na půdu, je využita půdní mikroflórou a kořenovým systémem. Všechno je tedy dokonale využito. Vermikompost je vysoce kvalitním hnojivem, obsahujícím velké množství růstových enzymů, organických látek a živin. Jeho kvalita je ve srovnání s klasickým kompostem vyšší, především díky obsahu enzymů, které obsahují výměšky žížal. Obsahuje enzymy, kdy zpracovávané biologické odpady projdou soustavou žížaly a dostanou se do jejich výměšků, které vytváří vlastní hmotu hnojiva. Enzymy, které se nacházejí ve vermikompostu, zvyšují úrodu a rostliny mají rychlejší růst.

55 Dříve provedené výzkumy poukazují na zvýšení úrody po aplikaci vermikompostu přibližně o 30 % a mnohem bohatší vzrůst rostlin. Podmínky pro správný průběh vermikompostování Při vermikompostování je třeba dodržovat některé základní podmínky pro správný průběh -Teplota: 19 až 22 C (při teplotě nižší než 0 C a vyšší než 42 C žížaly hynou) -Optimální vlhkost substrátu: 78 až 82 % -ph: neutrální (vyšší ph než 8 a nižší než 6 způsobuje úhyn žížal) Další podmínky pro správný průběh -dostatek kyslíku, -krmivo (bioodpad) s vyhovujícím obsahem čpavku, bílkovin, pesticidů -ochrana před vlivy počasí (sluneční paprsky, vítr, déšť), -ochrana před přirozenými nepřáteli žížal (ptáci, žáby, stonožky, mravenci, krtci, hlodavci). Délka kompostování: s pomocí žížal se pohybuje mezi 2-3 měsíci v létě a mezi 3-5 měsíci v zimě. Vlastnosti vermikompostu -schopnost potlačit u rostlin vznik některých druhů plísní a chorob. -vysoká retenční schopnost zabraňuje vysychání kořenů rostlin. -vyšší hodnoty ph (vhodné u kyselých půd). -likvidace patogenních látek v trávicím traktu žížal (houbové a plísňové choroby) Propracování organických materiálů vermikompostováním je podstatně kvalitnější než u klasického kompostování. Díky tomu se vermikompost po aplikaci snadněji vstřebává. Lze jej proto aplikovat také povrchovým hnojením travnatých ploch, či obdělávaných plodin. Vysoké množství enzymatických látek, obsažených ve vermikompostu, zvyšuje využitelnost minerálních prvků v půdě na téměř 90 %. Mimo běžné enzymatické činnosti a přeměny humusu probíhá ve vermikompostu také intenzivní přeměna biologicky neaktivních prekurzorů růstových hormonů (auxin, giberelin, cytokinin) do aktivní formy. Na obnovu úrodnosti půdy v polních plochách je třeba použít 2 až 4 tun vermikompostu na hektar. Naopak pouze na stimulaci úrody je užito 20 kg vermikompostu na hektar spolu s běžnou dávkou minerálních hnojiv či maštalového hnoje. Důležitým pojmem v procesu výživy rostlin je živinný režim půdy. Znamená výslednici množství reakcí a procesů probíhajících v půdě a směřujících k vyšší mobilitě a tím tedy zpřístupnění živin rostlinám. Přijatelné ovšem nejsou všechny živiny. Jsou stanoveny z podílu živin přístupných. Zbytek ostatních živin tvoří takzvanou rezervu živin. Míra mobilizace rezervy do formy přístupné rostlinám závisí na ph, velikosti a pevnosti částic, mineralizaci,

56 zvětrávání, povětrnostních podmínkách atd. Zmíněné povětrnostní podmínky mají veliký význam při uvolnění živin z organického podílu půdy (zejm. N, S, P) a nepřímou cestou ovlivní živinný režim půdy také ztrátou živin vyplavením, těkáním či erozí. Samozřejmě i samotný živinný režim půdy se odvíjí od množství parametrů jako ph, poměr vody a vzduchu atd. Běžně jsou v zemědělství používána průmyslová hnojiva, ale pouze některá zajišťují mobilizaci ihned (proces zpřístupňování živin). Při ní se určité živiny nerozpustné či obtížně rozpustné, převádí do formy rozpustnější, tím samozřejmě snadněji přijatelné pro rostliny. Zpravidla průmyslová hnojiva se musí nejdříve rozpustit. Při hnojení vermikompostem je přijatelnost okamžitá, což je považováno jako neocenitelná vlastnost této metody hnojení. Následně při metabolických pochodech v rostlinách dojde k asimilaci živin, tzn. přeměně v organické látky. Důležité je, že pro výživu rostlin jsou nejvíce podstatné živiny staré půdní síly (živinný režim v půdě, kdy jsou organické látky pravidelně doplňovány systematickým hnojením a zúrodňováním půdy) a ne živiny právě dodané hnojivem. To ve své podstatě znamená, že pomocí P, K, Mg a Ca je hnojena půda a ne rostliny. Rovněž mezi těmito prvky jsou určité interakce platí, pokud je vysoký obsah draslíku v půdě, snižuje se podstatně příjem hořčíku rostlinami. Systémy vermikompostování Dle systému se vermikompostování dělí na maloprodukční vermikompostování, velkoprodukční vermikompostování, vermikompostování na otevřených plochách, vermikompostování v boxech a vermireaktory Maloprodukční vermikompostování Tento typ se uplatňuje v domácích podmínkách, kancelářích a zahradách. Takovéto vermikompostéry jsou vyrobeny nejčastěji z plastu či dřeva a bývají patrového provedení. Domácí vermikompostéry, obr.27:

57 Obr.27: Domácí vermikompostéry, Plošné uspořádání vermikompostéru se odvíjí od množství zpracovaného bioodpadu. Na 1 kg týdně je třeba 0,2 m 2. Vzhledem k potřebě kyslíku, musí být nádoba dostatečně prostorná a ne příliš hluboká. Dno musí být perforované pro odvod přebytečné vlhkosti. Při zakládání musí být vytvořena prvotní podestýlka (nejčastěji tráva, listí, natrhaný papír nebo rašelina). V průběhu vermikompostování je třeba hlídat dostatečnou vlhkost hmoty, aby nedocházelo k úhynu jedinců a zpomalování vermikompostovacího procesu. Žížaly je potřeba krmit v množství asi 0,25 kg bioodpadu denně na 0,5 kg žížal. Pravidelnost krmení je individuální, nejlépe však dvakrát týdně v odpovídajícím množství. Žížaly je potřeba krmit v množství asi 0,25 kg bioodpadu denně na 0,5 kg žížal. Pravidelnost krmení je individuální, nejlépe však dvakrát týdně v odpovídajícím množství. Systém domácího vermikompostéru:

58 Velkoprodukční vermikompostování na otevřených plochách Metoda je náročná na manipulační techniku a také značně problematický z hlediska optimalizace vlhkosti a vrstvení vstupních materiálů. Patří však k jednoduchým technologickým systémům, často využívaným v praxi.

59 Vstupní materiál je uspořádán do řádků nebo hromad na volné ploše, což je technicky velmi jednoduché, vzhledem k tomu, že není třeba materiál překopávat či obracet a je nutno pouze sledovat vlhkost. Zakrmování žížal v tomto případě nejčastěji probíhá přidáváním potravy na povrch hromady ve výšce cca cm jednou za dva týdny. Vermikompostování na volné ploše, obr. 28: Obr. 28: Vermikompostování na volné ploše Velkoprodukční vermikompostování v boxech Výhodou této metody je většinou možnost zastřešení, díky tomu jsou žížaly lépe chráněny a vermikompostování probíhá rychleji. Metoda je o něco složitější, neboť je třeba výroby boxů, které by měly být optimálně vybaveny také ochranou proti škůdcům (např. vylepení dna folií) a vytvoření vývodu pro odtok přebytečné vlhkosti, včetně nádoby pro zachycení žížalího výluhu. Vermikompostování v boxech, obr. 29:

60 Obr. 29: Vermikompostování v boxech Oddělení žížal od hotového vermikompostu na konci procesu patří k nejnáročnějším procesům. Jedna z metod je zakrmení čerstvým bioodpadem, pro žížaly atraktivním (např. jablka, káva apod.) a odebrání žížal, které se nahromadí na potravě. Druhou možností je založení nového záhonu v blízkosti stávajícího vermikompostu a žížaly samy přelezou za novou potravou. Metodika velkoprodukčního plošného vermikompostování:

61

62 Použitá literatura, kterou lze čerpat k dalšímu studiu [1] SKLENIČKOVÁ, A. Zpracování bioodpadu vermikompostováním. Diplomová práce, VŠB TUO, [2] SUTHAR, S. Recycling of agro-industrial sludge through vermitechnolog. Ecol. Engin. 2010, 36: [3] HÝBLEROVÁ, J. Vermikompostování kuchyňského bioodpadu. [online] [cit ]. Dostupné z www: Ekovermes [online] [cit ]. Vermikompost. Dostupné z WWW: [4] MUNROE, G. Manual of On-Farm Vermicomposting and Vermiculture. Organic Agriculture Centre of Canada, 2007, Canada. [5] HANČ, A., PLÍVA, P. Vermikompostování bioodpadů. Praha: Česká zemědělská univerzita, ISBN [6] POMMERESCHE, R. Žížaly a jejich význam pro zlepšování kvality půdy. Olomouc: Bioinstitut, s. ISBN [7] HANČ, A., PLÍVA, P. Vermikompostování bioodpadů: certifikovaná metodika [online]. 1. vyd. Praha: ČZU v Praze, 2013 [cit ]. ISBN Shrnutí pojmů kapitoly Vermikompostování. Domácí vermikompostéry. Druhy žížal.