Agronomická fakulta. Diplomová práce

Transkript

1 1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky KOMPOSTOVÁNÍ ČISTÍRENSKÝCH KALŮ Diplomová práce Brno 2006 Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Rudolf Rybář, CSc. Vypracovala: Žaneta Kolářová

2 2 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci, na téma Kompostování čistírenských kalů, vypracovala samostatně a použila jsem jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. V Brně, dne.. Podpis diplomanta

3 3 Poděkování: Děkuji tímto panu doc. Rudolfu Rybářovi za příkladné vedení při zpracování této diplomové práce. Děkuji hlavně předsedovi představenstva obce Sázava panu Františku Ledvinkovi, který jako vedoucí divize kompostování mi umožnil poznat problematiku kompostování a publikovat výsledky v této diplomové práci. Dále děkuji Ing. Jaroslavu Záhorovi, Ing. Liboru Kalhotkovi a paní Renatě Pospíšilové a celému ústavu mikrobiologie za možnost zpracování výsledků rozboru vzorků kompostu v mikrobiologických laboratořích.

4 4 ANNOTATION: This thesis deals with the cleaning sludge treatment problems and its subsequent utilization, particularly as composting material. A compost station in locality Sázava near Žďár nad Sázavou where I afterwards handled this problem, is engaged in cleaning sludge composting. As far as composting, its methods, composting processes phases and also the subsequent compost division according to certain organic filling are concerned, I mention these in part 2. The composting technology as for instance the fill prescriptions and mechanical fitment are described in part 3. The part 4 deals with cleaning sludge problems, its further utilization and possible health hazard when used for composts. The existing compost station and my thesis outcome are described in part 6. The spending for building this compost station, which is interesting not only for the engineering and technology used, amounted to Kč. It could be stated that the compost station is a quality compost producer, which conforms the standard ČSN Key words: - cleaning sludge, composting, compost station, biological waste, engineering and technology of composting

5 5 OBSAH: 1. ÚVOD 8 2. KOMPOSTOVÁNÍ OBECNĚ Kompostování historie a jeho význam Metody kompostování Podstata fermentace (zrání) kompostu Průběh fermentace (zrání) kompostu fáze Ukončení kompostovacího procesu Význam organické hmoty v půdě Funkce organického hnojení Druhy kompostů Původ organických odpadů Odklon BRKO od skládek TECHNOLOGIE Receptura Poměr uhlíku a dusíku (C:N) Vlhkost Teplota Zrnitost a homogenita substrátu Provzdušnění substrátu Obsah fosforu Hodnota ph Přídavné látky Způsoby výroby kompostů Strojní vybavení kompostárny ČISTÍRENSKÝ KAL A JEHO VYUŽITÍ Čistírenský kal a jeho význam Používání čistírenských kalů v zemědělství Kompostování čistírenských kalů Využití čistírenských kalů jako materiálu do kompostů Složení kalu Základní vlastnosti kalu Druhy čistírenských kalů 41

6 Jednotlivé způsoby nakládání s čistírenskými kaly Zdravotní riziko použití čistírenských kalů do kompostů Legislativa CÍL PRÁCE ŘEŠENÍ DANÉ SITUACE Kompostárna charakter a účel zařízení Přehled odpadů, pro něž je kompostárna určena Charakteristika odpadů umožňující jejich příjem na kompostárnu Kapacita výrobní linky Účel zařízení Stručný popis kompostárny Ochrana horninotvorného prostředí v místě nakládání s odpady Skladovací prostředky suroviny pro kompostování Zařízení určené pro přejímku odpadů Popis technického a technologického vybavení zařízení Schéma linky Stručný popis pracovního postupu Vlastní technologický postup kompostárny Obsluha Měření teplot k zajištění hygienizace kompostovacího procesu Vlastní postupy a měření Produkce odpadů v jednotlivých cyklech Metodika vlastního měření teplot Metodika odebírání vzorků Metodika stanovení vlhkosti vzorků Metodika mikrobiologického rozboru vzorků Použité kultivační půdy a jejich vlastnosti Určení počtu KTJ Výsledky měření Ekonomické shrnutí DISKUSE ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA PŘÍLOHY 77

7 7 1. ÚVOD Neustálé zvyšování množství vznikajících odpadů, neodborné nakládání s nimi, vznik černých skládek, to vše nutně musí vést ke zpřísňování legislativy v oblasti životního prostředí, zejména v oblasti nakládání s odpady. V roce 2002 nabyly účinnosti dva důležité zákony spolu s prováděcími vyhláškami a to zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a změně některých dalších zákonů a zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší. Z těchto zákonů vyplývá, jak nakládat s kaly z čistíren odpadních vod a odpady ze zeleně měst, obcí apod. Obzvláště zákon č. 185/2001 Sb. a jeho prováděcí vyhlášky č. 381/2001 Sb., katalog odpadů, 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě a 383/2002 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady (změna vyhlášky ve znění vyhlášky č. 41/2005 Sb. a vyhlášky č. 294/2005 Sb.), ukládají původcům kalů stanovit program pro využití kalů a v tomto programu doložit splnění podmínek v souladu se zákonem i prováděcími vyhláškami. Zákon č. 86/2002 Sb. stanovuje povinnost omezovat a předcházet znečišťování ovzduší a snižovat množství vypouštěných látek. Vyhláška č. 383/2002 Sb. zakazuje ukládání na skládky, mimo jiné, i kompostovatelné odpady. Na základě této legislativy vzniká řada řešení problémů s těmito odpady a to shromažďování, odvoz a zpracování odpadu ze zeleně obcí a měst spolu se slámou, kůrou a dalším materiálem, dále potřeba kompostování odpadů jež nelze dle zákona a vyhlášky ukládat na skládky odpadů. Kompostárna v obci Sázava, kde jsem se zúčastňovala na zpracovaných výsledcích se zabývá těmito problémy. Kompostuje odpady ze zeleně spolu se slámou, kůrou a jiným podobným materiálem a co je důležité, že se zabývá i kompostováním čistírenských kalů vyprodukovaných v obci Sázava. Vzniklý kompost je pak poskytován zemědělcům, zahrádkářům nebo místnímu lidu za stanovenou cenu. Kompostování, nejen biologických odpadů, ale i čistírenských kalů, tedy bylo, je a bude stále považováno za alternativní a velice výhodnou metodu proti ukládání odpadů na skládky, spalování, pouštění do řek apod. a také proto, že používání kalů z čistíren odpadních vod se stalo v posledních letech velice aktuální z důvodu zvýšeného počtu čistíren odpadních vod (dále jen ČOV).

8 8 2. KOMPOSTOVÁNÍ OBECNĚ 2.1. Kompostování - historie a jeho význam Kompostování je jednou z nejstarších recyklačních technologií na světě. Columella, římský učenec a spisovatel působící před dvěma tisíci lety, popsal v zemědělské příručce, jak mají být zemědělské odpady míchány, vrstveny do hromad, překopány a následně využívány jako organické hnojivo. Římané označili tento proces Composta (lat. compositum skladba), z čehož vzniklo označení této technologie kompostování. Bez pochopení biologických a chemických pochodů a s rozvojem analytických metod by nebyl možný rozvoj kompostovacích technologií. Materiály, které byly kdysi považovány za odpad, jsou dnes brány jako potenciální zdroje živin, a proto se často označují jako přeměnitelné zbytky. Kompostování, které se dostalo až na úroveň nejrozšířenější recyklační technologie pro organické odpady, se začalo rozvíjet v USA a v západní Evropě na počátku osmdesátých let. V této době se také začala uplatňovat speciální technika pro kompostování a to zejména drtiče, samojízdné překopávače kompostu, bioreaktory apod. Kompostování je tedy aerobní biologický rozkladný proces, jehož účelem je co nejrychleji a nejhospodárněji odbourat organické substance a převést je na stabilní humusové látky, které jsou základem půdní úrodnosti. Pro kompostování jsou tedy vhodné takové suroviny, které obsahují rozložitelné látky a rostlinné živiny. Tento proces probíhá za přístupu kyslíku, který je zdrojem živin a energie. Jednou z hlavních předností kompostování je výroba kvalitního humusu mimo půdní prostředí. Využitím kompostu se především zvýší obsah humusu v půdě a značně se urychlí proces přirozené obnovy půdní úrodnosti. Z hlediska půdní úrodnosti tvoří humus významnou a nezastupitelnou část půdy. Humus a jeho kyseliny jsou důležité pro vytváření optimální drobtovité struktury a potřebné kyprosti půdy, dále zajišťuje v půdě dostatečnou kapacitu živin a vody. Mikroorganismy v půdě využívají humus jako svůj substrát. Humus napomáhá v půdě tvorbě drobtovité struktury, jejímž důsledkem je její příznivý vodní, vzdušný a tepelný režim. Jen ta půda, která obsahuje odpovídající množství humusových látek, může být v dobrém fyzikálním, chemickém a

9 9 biologickém stavu. Pouze 2 3 % z celkového objemu připadá na organický podíl z pevné fáze půdy. Vedle získávání humusu má kompostování několik dalších výhod. Mezi tyto výhody se řadí zejména to, že v kompostech lze zpracovat všechny netoxické organické a hnojivé odpady. Také to, že kompost je vzhledem k humusu a dalším složkám daleko hodnotnější pro půdu než samotný chlévský hnůj a jiné organické odpady. Na rozdíl od chlévského hnoje však nedochází u dobře vyzrálého kompostu ke ztrátám živin. Obsah živin v kompostu není ekonomicky vůbec zanedbatelný a to hlavně z důvodu, že ceny minerálních hnojiv v posledních několika letech mnohonásobně stouply. Například hospodářství se zahradnickou specializací, tj. vinohradnictví, ovocnářství, zelinářství a další, která nejsou zajištěna vlastní produkcí chlévského hnoje, spotřebují až tun organických hnojiv na hektar ročně. Smyslem kompostování není úplné rozložení všech složek, ale mělo by proběhnout jen v takovém rozsahu, aby se materiál biologicky stabilizoval. Takto biologicky stabilizovaný materiál už nepodléhá prudké biodegradaci a především v něm nemohou začít patogenní procesy jako je hniloba a podobně. Protože již neohrožuje půdu, vodu a ovzduší, můžeme jej zapravit do půdy. Průběh kompostování je, až na malé výjimky, stejný u všech způsobů aerobního kompostování, liší se pouze rychlostí probíhajících dějů. Mikroorganismy startují biodegradaci velice spontánně a to v okamžiku, kdy jsou vytvořeny optimální podmínky. V průběhu 24 hodin jich vznikne až 5,62 x Jen ojediněle a ve speciálních případech se mikroflóra do kompostu očkuje. Kompostování je skutečným zneškodněním odpadu, při kterém se množství odpadů zmenšuje až o 30 %.

10 Metody kompostování Degradace přírodními biomechanismy může probíhat buď v anaerobním nebo v aerobním prostředí. Podle prostředí se hlavně liší složení přítomných mikroorganismů, dále průběh procesu a produkty metabolismu. Každý z těchto režimů má také své přednosti i nedostatky. 1. Anaerobní způsoby biodegradace Anaerobní proces zpracování bioodpadu, jak už název sám napovídá, je veden bez přístupu kyslíku. Oproti dřívějšku, kdy se tomuto způsobu věnovala velká pozornost, se v současné době do těchto technologií investuje jen ve specifických případech a to likvidace čistírenských kalů, zušlechťování chlévské mrvy. Za anaerobní způsob zpracování bioodpadu se považuje výroba chlévského hnoje za studena. Tento způsob zpracování spočívá v urovnání chlévské mrvy, jejím okamžitém utužení, vlhčení, popřípadě zakrytí folií, aby se dosáhlo pozvolného, částečného odbourávání organické hmoty. Toho se dá jedině dosáhnout tak, aby proces probíhal v mírně anaerobních podmínkách při optimálním zvýšení teploty a dostatečné vlhkosti. Za omezeného přístupu kyslíku se organické látky rozkládají pomaleji a proces je zpomalován i vznikajícím metanem. Bloky se zakládají o šířce 3,5 4 m a výšce do 3 m. Aby se omezily ztráty na uhlíkatých a dusíkatých látkách, zakrývají se bloky zeminou. 2. Aerobní způsoby biodegradace Aerobní proces je oproti anaerobnímu procesu zpracování bioodpadu podstatně rychlejší. Výsledkem je zpravidla stabilizovaný kvalitní kompost, který je schopný dodat půdě nezastupitelný humus. Aby aerobní proces kompostování fungoval, potřebuje k tomu přívod vzduchu. Technologie proto musí umožnit výměnu plynů tak, aby byl ve směsi dostatek čistého vzduchu a kyslíku. Materiál musí být tedy kyprý, porézní a nepřevlhčený, což je jednou z podmínek, aby byl proces skutečně rychlý a efektivní. Základem aerobního kompostování je biodegradace organické hmoty účinkem aerobních mikroorganismů, která je kombinovaná s určitými reakcemi jako je oxidace,

11 11 hydrolýza apod. Složení mikroflóry není však konstantní, závisí jak na složení substrátu, tak na stupni humifikace Podstata fermentace ( zrání ) kompostu Fermentace je kvašení látek rostlinného nebo živočišného původu ve výchozích surovinách kompostu, ke kterému dochází účinkem enzymů za současného uvolňování tepla. Během fermentace dochází působením mikro- a makroorganismů k rozkladným procesům, syntetickým přeměnám organických látek, imobilizaci minerálních živin a současně k odbourávání některých škodlivých látek ve vstupních surovinách a tím i k hygienizaci vyrobeného kompostu. Dochází zde k hydrolýze bílkovin, tuků a sacharidů. Mezi produkty hydrolýzy se řadí aminokyseliny, alifatické alkoholy a monosacharidy, které se částečně přeměňují za vývinu tepla na organické kyseliny (octovou, propionovou a máselnou) a CO 2. Procesem vznikají bílkovinné mikroorganismy, CO 2, voda, oxidy P, S a NH 3, který se za dostatku kyslíku oxiduje až na nitráty. [13] V kompostových zakládkách neprobíhá mineralizace (rozkladná činnost) úplně, ale pouze omezeně a to z důvodu, že nejsou pro ni vytvořeny v celém profilu vhodné aerační podmínky. Ve svrchních, lépe provzdušněných částech zakládek tedy probíhá lépe, než ve středních, méně provzdušněných zakládkách. Syntetická činnost (humifikace) spočívá ve tvorbě nových, stabilních organických látek humusového charakteru. Jsou tvořeny hlavně huminovými kyselinami a huminem. Vzhledem ke své odolnosti vůči rozkladu mají příznivý vliv na fyzikální a chemické vlastnosti půdy a půdní strukturu. Obsahuje-li kompost dostatečný podíl minerální složky, působí na sebe navzájem během fermentace minerální a organický podíl a vytváří se tzv. organominerální sorpční komplex (složený z organických a minerálních koloidů částice do 0,001 mm), který je základem trvalé půdní úrodnosti, neboť má řadu příznivých vlastností schopnost sorpce živin, schopnost vyměňovat živiny s půdním roztokem, schopnost akumulovat vodu v půdě apod.

12 Průběh fermentace ( zrání ) kompostu - fáze Obr.1: Teplotní a ph-průběh během kompostování Vysvětlivky: 1 teplotní vrchol stability 2 spory bakterií a aktinomycet 3 porucha polymerizace 4 porucha rozpustnosti 5 houby zničeny 6 houby se obnovují 7 křivka teploty 8 vývin čpavku 9 ph křivka 10 utváření antibiotik a kanibalismus 11 oživení půdy živočichy 12 utváření huminových kyselin

13 13 Fermentace probíhá ve třech fázích: 1. fáze mineralizace Tato fáze označovaná jako mezofilní (rozkladná) se vyznačuje rychlým nárůstem teploty a následně relativně rychlým poklesem. Vlivem činnosti mikroorganismů dochází ke zvýšení teploty na C a tím k intenzivnímu rozvoji mezofilních bakterií a plísní za rozkladu lehce rozložitelných látek (cukry, škrob, bílkoviny, hemicelulóza a některé lipidy) na látky jednodušší (aminokyseliny, monosacharidy, alifatické alkoholy, organické kyseliny octovou, propionovou aj., CO 2 a další sloučeniny). Konečným produktem těchto rozkladů jsou voda, CO 2 a další látky. Při přebytku dusíku ve směsi může vznikat amoniak. V této fázi dochází k velké spotřebě kyslíku a vývinu oxidu uhličitého. Mikroorganismy nejsou schopné odbourávat organické kyseliny, proto rychle roste relativní zastoupení těchto kyselin a dochází k poklesu ph. Mezofilní mikrobi, jejichž vrchol aktivity nastává při teplotách C, vlivem činnosti zvýší teplotu na 45 C, při níž nastupují termofilní mikroorganismy. Ty mohou zvýšit teplotu až na 80 C. Při těchto pochodech se uplatňují především tyčinkové bakterie. Mikromycety rozkládají celulózu. Termofilní houby hrají důležitou úlohu při tvorbě humusu. Případný vzestup teplot nad 70 C je nutno omezit z důvodu, že při této teplotě již vhodné organismy hynou a prodlužuje se doba zrání kompostu. Obr.2:Teploty v jednotlivých vrstvách kompostovací zakládky

14 14 Objem směsi relativně rychle klesá. Jde nejen o sedání a hutnění materiálu a odpařování vody, ale hlavně o bilanční pokles celkové hmotnosti, vyplývající z produkce CO 2 a dalších plynů. Celková ztráta může dosáhnout až 30 % původního množství. Vzhled se zatím příliš nemění, pach zůstává stejný jako na počátku. V této fázi nemá zatím kompost vlastnosti humusu a není schopný aplikace do půdy. Někdy může vykazovat určité známky fytotoxicity. Ale co je důležité, že v této fázi dochází k hygienizaci kompostu. Teplota hubí jednak hnilobné a další patogenní bakterie, ale i likviduje klíčivost semen. Konec této části a stabilizace kompostu je zpravidla způsobena nedostatkem dusíku a vyčerpáním snadno rozložitelných látek. 2. fáze přeměnná Tato fáze se vyznačuje pozvolným poklesem teploty až na 25 C. Termofilní bakterie nahrazuje jiná skupina mikroorganismů a to mezofilní. Střídají se zde období rozvoje a útlumu mikrobní činnosti. Při rozkladu hůře přístupných složek nastupují aktinomycety. Organické látky jsou postupně přeměňovány na humusové složky, které se váží na jílovité částice a přechází na stabilní formy odolné mikrobiálnímu rozkladu. [22] Může se zde objevit i nenáročný hmyz, příp. jiné organismy. Ztrácí se původní vzhled, struktura a pach hmoty. Kompost dostává hnědou barvu, jednotlivé částice se rozpadají. V této fázi se odbourá cca dalších 10 % směsi. Fytotoxicita mizí a výluhy kompostu nejsou hygienicky závadné. Ke konci druhé fáze lze kompost použít jako hnojivo. 3. fáze syntéza dozrávání kompostu V této fázi teplota klesá na hodnotu okolí. Dochází k vytvoření vazeb mezi anorganickými a organickými látkami a ke tvorbě kvalitního a stabilního humusu. Nepozorujeme zde téměř žádný úbytek hmotnosti, kompost se již nezahřívá a kompostovaná hmota je zcela homogenní a bez zápachu. V kompostu, který je již prakticky vyzrálý, se objevují kokovité bakterie jako představitelé autochtonní mikroflóry, dále malí živočichové, hmyz, roztoči, žížaly a další organismy.

15 15 Celkové snížení hmotnosti od začátku kompostování může dosáhnout až 40 %. Pokles objemu je ještě větší, protože dojde ke zhutnění materiálu. Kromě mikrobiologického rozkladu se v kompostech (zejména ty, které jsou vyráběny na kompostovištích) uplatňuje i rozklad provedený vyššími živočichy a to především prvoky, červy a členovci. Rozkladu organické hmoty se částečně účastní prvoci, jejich přemnožení má však za následek likvidaci užitečných bakterií, kterými se živí. O délce jednotlivých fází rozhoduje technologie, surovinová skladba, podmínky při kompostování, ale i další faktory, jako je např. roční období. Tab.1: Kvalitativní parametry průmyslových kompostů Znak jakosti Hodnota Vlhkost ( % hm. ) Spalitelné látky ( % sušiny ) min. 25 Celkový dusík (% sušiny ) min. 0,60 Poměr C : N max. 30 : 1 Hodnota ph 6 8,5 Nerozložitelné příměsi ( % ) max. 2,0 Homogenita celku ( % rel. ) 6 30 Tab.2: Kvalita kompostu ve vztahu k obsahu živin Kvalita % v sušině kompostu Org. látky N P K Ca + Mg Výborný nad 50 2,0 0,65 1,25 4,5 Uspokojivý 30 0,3 1,0 0,2 0,8 2,5 3,5 Špatný 8 0,1 0,1 0,2 1,5

16 Ukončení kompostovacího procesu Řada kompostáren uvádí délku kompostovacího procesu jinou, což je dáno okolními podmínkami, způsobem výroby kompostu a následnou technologií. Kompostárna, kterou se zabývá má studie, uvádí délku kompostovacího procesu průměrně dnů. K posouzení, zda je kompostovací proces ukončen, lze využít tzv. Orientační zkoušku o ukončení kompostovacího procesu, která spočívá v posouzení následujících znaků zralosti kompostu: vnímatelné znaky stabilizace kompostu o barva hnědá o šedohnědá až černá o drobtovitá až hrudkovitá struktura o nevykazuje pachy svědčící o přítomnosti nežádoucích látek o lesní vůně ustálení teploty výše teploty koresponduje s okolím podle klimatických podmínek provedení biologického testu (řeřichový test) výsev řeřichy do kompostu, pokud semena vyklíčí, pak kompost neobsahuje volný amoniak Zralý kompost může být expedován ve formě neupraveného tzv. hrubého kompostu, který je určen obvykle pro hnojení polních kultur. Dopravován je volně ložený nákladními automobily nebo přímo rozmetacími soupravami. Dále může být expedován ve formě upraveného, drceného, případně obohacovaného o mikroprvky tzv. jemného kompostu, který je pytlován po 3, 10, 20 a 50 kg pro malospotřebitele zahrádkáře, malá zahradnictví apod Význam organické hmoty v půdě Půdy, které jsou využívány pro produkci potravin, energie a surovin, ubývají vlivem vysychání a dezertifikace. Rovněž spotřeba půdy a extenzifikační programy přispívají k celosvětovému úbytku orné půdy o 10 mil. ha ročně. Jedním z rozhodujících kritérií půdní úrodnosti a stability je obsah půdní organické hmoty. Chemické složení a

17 17 struktura organických látek v půdě mají však vliv rovněž na schopnosti půdy vázat cizorodé látky, pufrovací, zásobní a filtrovací funkci půdy. [19] Organické látky v půdě se skládají z různých frakcí s odlišnou rozložitelností a tím i dobou setrvání v půdě. Půdní organická hmota se dělí na dvě frakce: Obtížně rozložitelná část závislá na lokalitě (trvalý humus skládající se z huminových kyselin, fulvokyselin a huminů) Snadno rozložitelná část závislá na způsobu hospodaření (nehumifikovaná část tvořená zejména uhlovodíky, lipidy a aminokyselinami) Organické látky v půdě Živé organismy ( edafon ) Půdní organická hmota Nepřeměněné látky Přeměněné produkty ( humus ) Nehumusové látky Humusové látky Obr.3: Organické látky v půdě Humus je složitá směs rezistentních hnědých a tmavě hnědých amorfních a koloidních vysokomolekulárních organických látek charakteru kyselin, která vzniká mikrobiální syntézou a má chemické a fyzikální vlastnosti velmi důležité pro rostliny a půdu. Mimo jiné umožňuje lepší využití minerálních hnojiv a chrání živiny proti vyplavování do spodních vod. Současně zvyšuje odolnost půdy před okyselením, omezuje negativní vliv případné kontaminace půd i produktu cizorodými látkami. [9]

18 18 Vlastní humusové látky se klasifikují různým způsobem, podle různých hledisek. Podle odolnosti k rozkladu a podle rozpustnosti v kyselinách a alkáliích se humusové látky rozdělují do tří skupin: fulvokyseliny mají nejnižší molekulovou hmotnost, jsou nejsvětlejší, nejrozpustnější a nejsnáze podléhají rozkladu huminové kyseliny mají vyšší molekulovou hmotnost, jsou tmavší, nerozpustné v kyselinách humin tyto látky jsou nejsložitější a nejodolnější rozkladu Funkce organického hnojení Organické hnojení je dlouhodobě deficitní a navíc s klesající tendencí. Přitom plní organická hnojiva (a následně zvýšený obsah organické hmoty v půdě) tyto funkce: Zabezpečují přísun organických látek Jsou zdrojem energie a uhlíku pro půdní mikroorganismy, a tím pozitivně ovlivňují biologickou činnost půdy Chrání trvalý humus před rozkladem (degradací) dodáním primární organické hmoty Zvyšují stabilitu půdních agregátů Příznivě působí na řadu fyzikálně - chemických vlastností půdy (tvorbu drobtovité struktury, poměr vody a vzduchu, poutání živin a zlepšení ústojčivé schopnosti půdy) Organická hnojiva jsou hnojivy univerzálními, obsahují všechny rostlinné živiny Zlepšují v půdě hospodaření s vodou (zvyšují vsak dešťové vody, vododržnost půdy, umožňují gravitační a kapilární pohyb vody aj.) Omezují působení vodní a větrné eroze v půdě Příznivě ovlivňují obsah přístupného fosforu v půdě a mohou působit na vyvázání (imobilizaci) cizorodých prvků [19]

19 Druhy kompostů Kompost je směs organických a minerálních látek oživená užitečnou mikroflórou, v níž probíhají nebo už proběhly procesy biologického rozkladu a humifikace. Komposty lze rozdělit na: 1) statkové (faremní) 2) průmyslové 3) speciální (zahradnické) ad. 1) Statkové komposty se vyrábějí z klasických zemědělských surovin a odpadů v podmínkách zemědělských a zahradnických podniků. Jejich náplň je tvořena organickým, minerálním a mikrobiálním substrátem. Organickou náplň statkových kompostů tvoří nejčastěji chlévská mrva, chlévský hnůj, přebytky slámy, bramborová a zeleninová nať, znehodnocená krmiva (seno, senáž, siláž, apod.) Minerální náplň tvoří hlavně zemina, rybniční bahno, zemité kaly apod. Mikrobiální substrát tvoří chlévská mrva, kejda, močůvka, fekálie apod. Kvalitu statkových kompostů lze vylepšovat minerálnímy hnojivy (hlavně Ca-, P-, N- hnojivy). Během zrání se statkové komposty ovlhčují kejdou nebo močůvkou a přehazují se pro vytvoření optimálních podmínek pro průběh fermentačních a humifikačních procesů. Vyzrálý statkový kompost obsahuje kolem 60 % sušiny, % organických látek (z toho % humifikovaných), 0,5 1 % N; 0,3 0,5 % P; 0,2 0,5 % K; 1 1,5 % Ca a 0,2 0,3 % Mg v sušině. Používá se ke všem plodinám náročným na organické hnojení v dávkách t.ha -1. [7] ad. 2) Průmyslové komposty, jejichž výroba v současné době převažuje, jsou vyráběny velkovýrobní průmyslovou technologií v kompostárnách. Pro tyto komposty je typický nižší podíl klasických zemědělských surovin a odpadů a vyšší podíl různých kalů a odpadů z jiných průmyslových odvětví. Průmyslové komposty se z hlediska surovinové skladby vyrábějí dvěma způsoby: o monotechnologický způsob výroby (kompost se vyrábí ze 2 3 surovin, nejčastěji drtě domovních odpadů a čistírenských kalů)

20 20 o pestrá surovinová skladba (k výrobě kompostů se využívá několik různých surovin z různých průmyslových odvětví) ad. 3) Speciální komposty mají specifické biologické a fyzikálně chemické vlastnosti, které odpovídají potřebám zahradnických kultur. Jejich názvy jsou odvozeny od druhu organické hmoty, ze které jsou vyráběny (např. listí - listovka, drny - drnovka, rašelina - rašelinovka, vřes - vřesovka aj.). Používají se hlavně v zahradnické výrobě Původ organických odpadů Zemědělství pěstování rostlin - chovy zvířat Lesnictví zpracování dřeva Potravinářský průmysl mlýny, sladovny, pivovary, cukrovary, škrobárny, konzervárny Čistírny odpadních vod čistírenské kaly Domácnosti Zahradnictví zbytky dřevin a rostlin Údržba krajiny 2.8. Odklon BRKO od skládek Směrnice Rady 1999/31/ES o skládkování odpadů (směrnice o skládkování) ukládá členským státům omezit množství biologicky rozložitelného komunálního odpadu (dále jen BRKO) ukládaného na skládky. Důvodem pro toto omezení je snížení nekontrolovaného úniku skleníkového plynu metanu a výluhů ze skládek odpadů. Zákon o odpadech č. 185/2001 Sb., v platném znění a jím stanovená vyhláška č. 383/2001 Sb., v platném znění o podrobnostech nakládání s odpady stanovují, že biologicky rozložitelný podíl komunálního odpadu (dále jen KO) ukládaný na skládky musí být postupně omezován (tj. snížit v ČR tento podíl do roku 2010 na 75 %, do roku 2013 na 50 % a do roku 2020 na 35 % celkového množství (hmotnosti) BRKO vzniklého v roce 1995). Bioodpad tvoří kolem 40 % podílu v KO. Řešením využití BRKO se v současné době zabývá Centrum pro hospodaření s odpady Výzkumného ústavu vodohospodářského T.G.M. v Praze. [15]

21 21 3. TECHNOLOGIE Obecně platí, že technologie kompostování musí zabezpečovat optimální podmínky pro činnost vhodných mikroorganismů přeměňujících organickou hmotu. Jde o mikroorganismy aerobní s vysokými nároky na kyslík a produkující oxid uhličitý. Technologie musí umožnit výměnu plynů mezi zrajícím kompostem a okolím tak, aby v substrátu byl dostatek čistého vzduchu s kyslíkem. V zakládkách nižších, do 2,5 m výšky, probíhá výměna plynů dobře. Zakládky nad 3 m je třeba překopávat častěji a zakládky nad 4 m se nedoporučují. Substrát musí být kyprý, porézní a nepřevlhčený. [9] 3.1. Receptura Receptura zakládky musí být optimalizována tak, aby se docílilo co největší účinnosti tvorby humusotvorných látek. V surovinovém složení kompostu je nejdůležitějším elementem organická hmota rozložitelná mikroorganismy, které svou činností realizují transformační procesy. Základní podmínkou správného průběhu kompostovacího procesu je optimální poměr živin C : N v průměru 30 : 1 a optimální vlhkost při obsahu organické hmoty v sušině: do 20 % optimální vlhkost je % % % % % Mezi další podmínky, které ovlivňují rozvoj mikroorganismů a následně průběh kompostu, se řadí zrnitost a homogenita substrátu, provzdušnění substrátu, teplota, ph, minimální přítomnost fosforu a další přídavné látky. Při zakládání kompostu je vhodné dodržovat ještě některé další zásady jako je například vhodné mísení látek, jejichž rozklad probíhá stejně rychle a vyzrálý kompost je pak homogenní a dále nutnou podmínkou je vhodné chemické složení těchto látek, protože obecně platí, že čím je směs pro kompostování pestřejší, tím je výsledný kompost kvalitnější

22 Poměr uhlíku a dusíku (C : N) Při stanovení surovinové skladby kompostu je hlavním kriteriem poměr C : N, který zásadně ovlivňuje intenzitu činnosti mikroorganismů a tím dobu zrání kompostu, tvorbu humusových látek a samozřejmě také výslednou kvalitu kompostu. K dosažení poměru živin u zralého kompostu v rozmezí : 1 je třeba optimalizovat C : N v čerstvém kompostu v rozmezí : 1. Surovinová skladba je optimalizována na základě tabulkových hodnot nebo stanovena laboratorně pro každou variantu skladby surovin. Surovinová skladba čerstvého kompostu je hmotnostní poměr jednotlivých odpadů nebo hmot, které navážíme do kompostové zakládky. Organická hmota odpadů představuje pestrý sortiment látek, různě odolný mikrobiologickému rozkladu. Rychlost rozkladu různých organických zbytků je možno si vysvětlit různým poměrem uhlíku a dusíku (C : N), tj. různým poměrem organických a anorganických látek. Anorganické látky neposkytují živnou půdu pro mikroorganismy a jsou z tohoto hlediska balastní složkou. Při velkém nadbytku anorganické složky probíhá humifikace organického podílu pomaleji. Co je důležité, aby organické látky obsahovaly dostatečně vysoký podíl lehce odbouratelných cukrů a bílkovin. V tomto případě dojde k rychlému nastartování procesu kompostování a nabourají se i těžko degradovatelné organické látky a jejich rozklad se v dalších fázích urychlí. V průběhu procesu kompostování je produkován oxid uhličitý. Jeho únikem se část uhlíku obsaženého v zakládce ztrácí. Z tohoto důvodu je poměr C : N v zakládce vyšší než ve finálním zralém kompostu. Vedle zdroje uhlíku potřebuje mikroflóra pro svůj vývoj i zdroj dusíku, který je nutný pro syntézu bílkovin. Tyto bílkoviny tvoří jednak součást buněk mikroorganismů a jednak se přímo zúčastňují metabolismu mikroorganismů jako enzymy. Při nedostatku dusíku se průběh humifikace výrazně zpomaluje. Na druhé straně přebytek dusíku vede k nadměrné mineralizaci a k úniku dusíku ve formě amoniaku. Tento jev je charakteristickým zápachem, který kompostování provází. Ztráty dusíku ve formě plynného amoniaku mohou představovat až 20 % a ztráty uhlíku do vzduchu ve formě oxidu uhličitého činí asi 30 %. Vývin amoniaku vede ke zvyšování ph do oblastí nepříznivých pro život mikroorganismů. V důsledku toho se mohou úplně zastavit biochemické reakce.

23 23 Kompostované hmoty s poměrem C : N užším než 10 : 1 se rozkládají velmi rychle a jsou mikrobiologicky dobře využitelné. Naproti tomu hmoty se širokým poměrem C : N nad 50 : 1 se rozkládají velmi pomalu. V kompostářské praxi se vychází z toho, že obsah uhlíku odpovídá cca polovině obsahu organické hmoty (spalitelných látek). Tím lze jednoduše stanovit poměr C : N. Abychom docílili u zralého kompostu C : N v rozmezí : 1 je třeba optimalizovat C : N v čerstvém kompostu v rozmezí : 1. V průběhu zrání (fermentace) kompostu ubývá část uhlíku jako oxid uhličitý a poměr C : N se zužuje. Při sestavování surovinové skladby jej optimalizujeme na : 1 tak, že k materiálům se širokým poměrem (sláma, kůra, piliny, papír, listí) přidáváme odpady s úzkým poměrem (kejda, drůbeží trus, chlévská mrva, čistírenské kaly). V krajním případě je možno přidávat dusík ve formě průmyslových hnojiv (síran amonný, močovina aj.), ale tento případ zatím kompostárna v Sázavě neměla potřebu použít. C : N složek kompostu: piliny, stromová kůra : 1 sláma obilnin : 1 listí 40 : 1 tráva z údržby trávníkových ploch 30 : 1 kuchyňský odpad 20 : 1 chlévská mrva 22 : 1 kejda 10 : Vlhkost Závažné je při optimalizaci surovinové skladby stanovení vlhkosti čerstvého kompostu. Nedostatečná vlhkost způsobuje vývoj nevhodné mikroflóry s převahou plísní a aktinomycet. Při nadbytečné vlhkosti dochází rychle k nedostatku kyslíku v kompostu, k vývoji anaerobní mikroflóry, nerozvine se činnost termofilních mikroorganismů a biologické procesy mohou přejít až v proces kvašení. Optimální vlhkost je taková, při níž je % pórovitosti čerstvého kompostu zaplněno vodou. S obsahem organických látek v kompostu zpravidla stoupá i pórovitost, a tím i požadavek na vyšší vlhkost.

24 24 Optimální vlhkost u čerstvého kompostu pro zemité komposty s obsahem organických látek do 20 % v sušině je %. Komposty ze zemědělských odpadních hmot s obsahem % organických látek v sušině vyžadují počáteční vlhkost %. Organické komposty ze stromové kůry, dřevních odpadů a při kompostování chlévské mrvy se zeminou, kdy obsah organických látek v sušině je v rozmezí %, vyžadují vlhkost %. V průběhu zrání se snižuje pórovitost a klesá požadavek na vlhkost. Při kompostování se nám rovněž část vody odpařuje a v některých případech je nutno provádět úpravu vlhkosti v průběhu zrání přídavkem tekutin. Pokud si nejsme jisti optimální vlhkostí, volíme raději nižší vlhkost, která se snadněji koriguje závlahou kompostu. Převlhčenost kompostu se upravuje mnohem obtížněji. A) Metody měření vlhkosti 1) Gravimetrická metoda stanovení vlhkosti Používá se jako standardní metoda pro určování vlhkosti materiálu v laboratoři a je využívána pro kalibraci jiných vlhkoměrů pracujících na různých fyzikálních principech. Podstatou této metody je oddělení vody od pevné fáze. Jde o měření přímé. Vlhkost je stanovena z rozdílu počáteční hmotnosti vlhkého vzorku a konečné hmotnosti vzorku po jeho úplném vysušení za stanovených podmínek. Výhodou této metody je velká přesnost a velký měřící rozsah, nevýhodou však její vazba na laboratorní zařízení. Postup zjišťování vlhkosti pro hotový kompost: Odebraný vzorek o hmotnosti asi 1 kg se rozprostře na podložku, větší hrudky se rozdrtí, kvartací se zmenší vzorek na 500 g a projde sítem o velikosti ok 5 mm. Z tohoto vzorku se odváží do předem zvážené vysoušečky 20 g s přesností 0,05 g a vysuší do ustálení hmotnosti při 105 C. Po vychladnutí exsikátoru se váží a zjistí se obsah vlhkosti.

25 25 Výpočet: Obsah vlhkosti (x) vyjádřený v % se vypočte ze vzorce x = m [%] m kde: m 1 = úbytek na hmotnosti sušením (g) m = hmotnost vzorku před sušením (g) 2) Měření vlhkosti přenosnými vlhkoměry Všechny vlhkoměry měří vlhkost materiálu nepřímo, neboť k jejímu určení využívají některou z celé řady vlastností vody obsažené v materiálu a měřením těchto vlastností (např. vodivost, kapacita) pak usuzují na obsah vody v daném materiálu. Výhodou těchto metod je okamžitá znalost výsledku, možnost nedestruktivního měření a mobilnost přístroje. Oproti tomu je zde i několik nevýhod a to zejména menší přesnost měření a nutnost kalibrace přístroje. 3) Orientační zkouška vlhkosti V případě nutnosti lze určit vlhkost kompostovaného materiálu pomocí orientační zkoušky. K jejímu provedení je nutné kompostovaný materiál vzít do ruky a mačkat tak pevně, jak to jde. Při optimální vlhkosti se nesmí mezi prsty objevit voda. Při otevření pěsti musí však materiál zůstat pohromadě ve formě knedlíků. Je-li materiál příliš suchý, pak při otevření pěsti se opět rozpadne. Pokud je materiál příliš vlhký, objeví se při zmáčknutí voda mezi prsty. Pokud vymáčkneme více než jednu kapku vody, je materiál příliš vlhký.

26 26 Obr.4: Ruční zkouška vlhkosti kompostovaného materiálu % vlhkosti různých složek kompostů: piliny, stromová kůra % sláma, listí % kuchyňský odpad % tráva z údržby trávníkových ploch % chlévská mrva % kejda % Teplota Teplota ovlivňuje rozvoj a aktivitu mikroflóry a tím určuje rychlost rozkladu organických materiálů. Většina mikroorganismů v organickém odpadu je mezofilní, jejichž optimální teplota rozvoje je C. Během zvyšující se teploty v čerstvé

27 27 kompostové zakládce začíná převažovat skupiny termofilních aerobních mikroorganismů, které se vyvíjejí jen při vyšších teplotách a to C. Tento samozáhřev likviduje klíčivost semen plevelů, patogenní mikroorganismy atd. Případný vzestup teplot nad C je nutno omezit závlahou, neboť při této teplotě mikroorganismy hynou a prodlužuje se doba zrání kompostu. [22] Vzestup teplot po promíchání všech složek čerstvého kompostu svědčí o dobrých podmínkách pro rozvoj vhodné mikroflóry. Pokud teplota kompostu nestoupá nebo po předchozím vzestupu teplot nastává výrazný pokles, jsou podmínky pro mikroorganismy nepříznivé. Většinou jde o spotřebování kyslíku a o zahlcení substrátu oxidem uhličitým. Příčinou může být i nadměrná vlhkost, která omezuje obsah vzduchu v kompostu. K poklesu teplot může dojít i při vyschnutí zrající hmoty nebo při nedostatku dusíku. Trvalý pokles teplot zpravidla signalizuje zralost kompostu. Teploty od 0 C do -10 C výrazně zpomalují celý proces, ale nemusí ho zastavit. V kompostu, jehož teplota neklesne na teplotu okolí, stále ještě probíhají mikrobiologické a biochemické změny a neměl by být použit na hnojení. Teplý kompost je v každém případě fytotoxický a obsahuje značné množství organických kyselin. Kompostujeme-li zejména odpady podezřelé na patogenní organismy nebo nadměrnou přítomnost semen plevelů, měl by kompost dosáhnout v průběhu zrání minimální teploty 55 C po dobu alespoň 21 dnů. U ostatních kompostů by neměla teplota klesnout pod 45 C po dobu 5 dnů. Teplotu můžeme měřit pomocí zapichovacího teploměru připevněného na kovové tyči nebo pomocí digitálního teploměru (registrátor teploty a vlhkosti vzduchu). Registrátor teploty a vlhkosti vzduchu Teplotní sensor je skryt v krabičce registrátoru, dá se však vyjmout a použít k měření teploty i jiného prostředí, než ve kterém je umístěn registrátor. Délka přívodního káblíku je cca 10 cm. V tomto případě se měřící rozsah zvětšuje na -40 až +120 C, přičemž zároveň se zmenšuje časová odezva sensoru. Umožňuje to provádět měření ve velmi malých objemech, popřípadě kontaktní měření na různých površích.

28 28 délka kabelu sensoru: 10 cm vlhkost vzduchu: rozsah: 5 95 % relativní vlhkost přesnost: ± 5 % časová odezva: pod 10 min provozní teplota snímače: +5 až +70 C teplota: rozsah: -20 až +70 C ± 0,7 C rozlišení: ± 0,4 C časová odezva při skrytém sensoru: pod 15 min. časová odezva při vytaženém sensoru: pod 1 min. ostatní: kapacita: 7943 měření interval měření: od 0,5 s do 9 hod. typ baterie: CR2032 Umístění registrátoru: Ve vnitřních prostorách bez vlivu přímého slunečního záření a bez přítomnosti stříkající vody je možno registrátor umístit bez stínítka na vhodné místo buď pomocí magnetu, nalepeného na zadní stranu přístroje, anebo pomocí suchého zipu. Dále lze použít registrátor ve venkovním prostředí anebo ve sklenících, ale v tomto případě jej musíme umístit do stínítka. Přímý kontakt s vodou může vést ke zničení přístroje. Typické oblasti použití: skladovací prostory chladírenské boxy skleníky meteorologické a mikrometeorologické aplikace Načtení údajů: Po uplynutí doby expozice přístroje v měřeném prostředí se údaje do počítače převedou pomocí obslužného programu. Doporučuje se ukládat nová měření vždy pod jiným názvem souboru, aby nedošlo k přepsání staršího souboru. Načtením údajů se činnost registrátoru ukončí.

29 29 Zobrazení údajů: Kromě teploty ve stupních Celsia a Fahrenheita a vlhkosti je možno zobrazit průběh rosného bodu a absolutní vlhkosti Zrnitost a homogenita substrátu Dosažení zrnitosti a homogenity kompostovaných materiálů je jedním z nejvýznamnějších požadavků. Význam vhodné zrnitosti a tím i snadnější homogenizace vyniká hlavně u materiálů, které se oproti ostatním složkám rozkládají pomalu. Ze zahradnických odpadů je to zejména stromová kůra, dřevní štěpka apod. Jsou-li ve formě jemných pilin jsou přijatelnou složkou kompostu, která se přímo zúčastní kompostovacího procesu. Naopak ve formě hoblin prochází kompostovacím procesem bez výrazné změny. Na druhé straně velmi jemné složky vytváří těžko provzdušnitelnou strukturu a brání tak spontánnímu růstu mikroorganismů. Vhodným přídavkem upravujícím konzistenci směsi je drcená sláma. Kromě drcení je třeba složky kompostu důkladně promísit. Výsledný materiál zakládky musí být kyprý, porézní a nepřevlhčený Provzdušnění substrátu Termofilní mikroorganismy, které se účastní kompostovacího procesu, vyžadují pro svůj metabolismus dostatek kyslíku. Provzdušňováním dochází také ke snížení nepříjemného zápachu a snižování vlhkosti kompostovaného materiálu. To se děje upevňováním vazeb dusíku v kompostované hmotě, což se projevuje snížením emisí amoniaku i metanu. Jako mezní obsah kyslíku pro udržení procesu kompostování je často uváděna hodnota 3 % z celkového objemu pórů kompostovaní zakládky. Při častějším provzdušňování na začátku zrání dochází k intenzivní mineralizaci organických látek. Ve druhé třetině zrání naopak vyžadují kyslík syntetické pochody přeměny prekurzorů rozkladu organických látek na látky humusové. Zvýšenou aerací se zkracuje doba zrání kompostu. Při častém provzdušňování je velmi podstatná kontrola teploty zakládky z důvodu toho, že vysoká intenzita provzdušňování může vést k přílišné ztrátě tepla a tím k ochlazení zakládky a neúplné stabilizaci.

30 30 Dostatečné provzdušňování tak výrazně ovlivňuje úspěšnost každé kompostovaní technologie Obsah fosforu Při optimalizaci surovinové skladby je nutno ještě přihlížet k tomu, aby kompostová zakládka obsahovala minimální obsah fosforu pro metabolickou potřebu mikroflóry k zabezpečení tvorby humusu, kdy při přeměně organických látek vznikají energeticky bohaté vazby. Toto minimum je 0,2 % P 2 O 5 v sušině. Tento obsah je většinou v kompostech zabezpečen odpady a kompostovanými stájovými hnojivy. Výjimečně doplňujeme P 2 O 5 přídavkem superfosfátu (maximálně 2 kg na 1 tunu odpadu) u kompostů s převažujícím podílem stromové kůry, dřevních štěpků a pilin. Fosforečná hnojiva přidaná do kompostů se v průběhu kompostování neztrácejí a neznehodnocují, ale naopak se zpřístupňují pro rostliny. [22] Hodnota ph S ohledem na mikroflóru se požaduje optimální ph u čerstvého kompostu v rozmezí ph 6 8. U kompostu ze zemědělských a stájových odpadů je možno tento interval dodržet bez přídavku vápenatých hnojiv. Čistírenské kaly mohou být kompostovány v rozmezí ph Nejpříznivější podmínky pro rychlé aerobní kompostování je od 6 do 8, protože většina mikroorganismů vykazuje maximální růst a aktivitu právě v tomto rozmezí. Nicméně ani počáteční hodnoty ph jako je 5 a 11 nezpožďují mikrobiologickou aktivitu o více než dva dny. Jak kompostování pokračuje, přibližuje se hodnota ph k neutrální hodnotě Přídavné látky Přidávat lze například: [7] - speciální kmeny mikroorganismů, rozkládajících zejména odolné složky kompostu (celulózu, lignin), např. je-li kompostován větší podíl lesnických odpadů druhotných surovin (kůra, piliny, hobliny, dřevní štěpky); použít lze např. různé druhy dřevokazných hub (Phanerochaete chrysosporium)

31 31 - speciální kmeny mikroorganismů, rozkládajících organické látky při vysokých teplotách (termofilní bakterie) a to tehdy, jsou-li některé vstupní suroviny závadné (odpady ze živočišné výroby, jatek) a je třeba vysokou teplotou likvidovat jejich patogenní potenciál - enzymatické přísady, netoxikující ropné sloučeniny v použitých surovinách (např. kompostuje-li se zemina kontaminovaná ropnými produkty po různých haváriích cisteren, ropovodů apod.) - enzymatické přísady, netoxikující aromatické uhlovodíky v použitých surovinách apod. A) Přípravky stimulující činnost mikroorganismů Přípravek: amalgerol (Rakousko) Složení: rostlinné oleje a výtažky, éterické oleje, extrakty mořských řas, sacharidy Použití: činnost mikroorganismů, omezení zápachu, zkrácení procesu Přípravek: bio algeen (fybio altvia ČR) Složení: výtažky a produkty z mořských řas Použití: činnost mikroorganismů, omezení zápachu, zkrácení procesu Přípravek: kompost stimul (fybio envisan van ČR) Složení: lihovarské výpalky, organický dusík, makro mikro elementy Použití: stimulace rozkladu organických látek 3.2. Způsoby výroby kompostů Z technologického hlediska se rozlišují tři hlavní způsoby výroby kompostů: 1) kompostování v plošných zakládkách 2) kompostování v pásových zakládkách (dříve tzv. krechtové zakládky) 3) intenzivní kompostovaní technologie a) kompostování v biofermentorech (bioreaktorech) b) kompostování v boxech nebo žlabech

32 Strojní vybavení kompostárny 1) Stroje pro drcení komponentů Biomasa a většina ostatních materiálů určených ke kompostování, vyžaduje v zájmu snadné homogenizace rozmělnění či podrcení. Jedná se především o drcení dřevních odpadů, zelené hmoty, kůry, ale i organického podílu vytříděného z TKO. Požadovaná velikost částic je dána charakterem materiálu. Z hlediska kompostování obecně platí, že: čím menší jsou částice materiálu, tím větší je oxidační a styčná plocha částic a biodegradabilní proces probíhá účinněji čím materiál lépe degraduje, tím větší mohou být jeho částice v zakládce čím menší částice jsou do zakládky požadovány, tím větší jsou ekonomické náklady na jejich rozmělnění Základní požadavky na stroje pro drcení a štěpkování materiálu: rozdrtit materiál na částice o objemu 5 50 mm 3 zpracovat materiál suchý, polosuchý i vlhký snadná výměna činných částí pracovního ústrojí konstrukční řešení musí zamezit častému ucpávání pracovní ústrojí musí být odolné proto otěru drceným materiálem nebo jeho příměsí konstrukce musí splňovat podmínky bezpečnosti práce (ochranné kryty, hlučnost) Pro účely kompostování se využívají 3 skupiny strojů: O DRTIČE O ŠTĚPKOVAČE O DRTIČE MÍCHAČE 2) Překopávače kompostu Překopávání kompostu je nejdůležitější pracovní operací v celém technologickém postupu kompostování. Účelem překopávání je provzdušnit kompostovaný materiál a

33 33 tím dosáhnout větší intenzity mikrobiální činnosti. Složky jednotlivých materiálů, které jsou v kompostovaní zakládce, musí na sebe co nejúčinněji působit, a proto musí být dokonale rozmělněny a promíchány, aby byl co největší jejich oxidační povrch. Nejvýhodnější jsou překopávače pracující kontinuálně a to z hlediska dosahované výkonnosti, celkového využití pracovního času, kvality práce, ale i prostorových nároků na kompostovaní stanoviště. Méně vhodné a používané jen v nouzových případech, zejména při menších objemech kompostovaného materiálu, jsou stroje s přerušovaným pracovním cyklem (nakladače). Požadavky na překopávače kompostu: kvalitní promísení a provzdušnění materiálu v celé výšce překopávaného profilu vysoká výkonnost pro urychlení operace a pro možnost častějšího překopání nízká pracovní rychlost a možnost její regulace ve velmi jemném rozsahu m/h narušení i slehnutého materiálu do zakládky rozměrově určitého profilu dobrá manévrovatelnost a pojezdové vlastnosti pro pohyb po pracovní ploše Požadavky na konstrukční řešení překopávačů vyplývají zejména z charakteru zpracovaného materiálu a z objemu produkce kompostu. Rozdělení překopávačů: O ROTOROVÉ PŘEKOPÁVAČE O DOPRAVNÍKOVÉ PŘEKOPÁVAČE O TRAKTOROVÉ PŘEKOPÁVAČE O SAMOJÍZDNÉ PŘEKOPÁVAČE 3) Separační zařízení Separace představuje proces, při kterém dochází k oddělování různého druhu látek na základě jejich rozdílných mechanicko fyzikálních vlastností. Existuje řada metod, které jsou pro separaci užívány. Oddělování různých velikostních frakcí z homogenní směsi je označováno jako třídění, jehož hlavní metodou je prosévání. V kompostovacích linkách se uplatňují oba pochody.

34 34 Před drtičem je nutno oddělit některé nežádoucí příměsi z navážených komponentů, jako jsou kovové části, kameny, fólie atd., a při finalizaci je zase zapotřebí zajistit vyrovnanou velikost zrn expedovaného kompostu. Při kompostování zbytkové biomasy se předpokládá minimální přítomnost cizorodých materiálů, proto se využívá prosévacích sít. Technická a konstrukční řešení prosévacích zařízení: - účelem prosévání je zabezpečit vhodnou skladbu velikostních frakcí, oddělit částice větší než 20 mm a oddělit dlouhé vláknité části ze směsi hrubého kompostu. Z konstrukčního hlediska dělíme prosévací zařízení na: O VIBRAČNÍ PROSÉVACÍ SÍTA O ROTAČNÍ TŘÍDIČE O TŘÍDIČE S ROTAČNÍMI ROŠTY O OSTATNÍ SEPARAČNÍ ZAŘÍZENÍ

35 35 4. ČISTÍRENSKÝ KAL A JEHO VYUŽITÍ 4.1. Čistírenský kal a jeho význam Čistírenské kaly: Směs látek těžších než voda, které se vylučují v procesu úpravy vody a především procesu čištění odpadních vod. Suspenze pevných a koloidních částic organických a anorganických látek ve vodě. Kalem podle zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech a změně některých dalších zákonů, se rozumí: a) kalem 1. kal z čistíren odpadních vod zpracovávajících městské odpadní vody nebo odpadní vody z domácností a z jiných čistíren odpadních vod, které zpracovávají odpadní vody stejného složení jako městské odpadní vody a odpadní vody z domácností 2. kal ze septiků a jiných podobných zařízení 3. kal z čistíren odpadních vod výše neuvedených b) upraveným kalem - kal, který byl podroben biologické, chemické nebo tepelné úpravě, dlouhodobému skladování nebo jakémukoliv jinému vhodnému procesu tak, že se významně sníží obsah patogenních organismů v kalech, a tím zdravotní riziko spojené s jeho aplikací c) použitím kalu - zapracování kalu do půdy, kompostování ve speciálních zařízeních d) programem použití kalu - dokumentace zpracovaná v rozsahu stanoveném prováděcím právním předpisem

36 Používání čistírenských kalů v zemědělství Problematika používání kalů z čistíren odpadních vod se stala v posledních letech velice aktuální a to především z důvodů zvýšeného počtu komunálních čistíren. Při využívání kalů pro zemědělské účely je třeba mít k dispozici poznatky o jejich skladbě a kvalitě z hlediska fyzikálního, chemického a biologického. Je nutné provést před založením kompostu jejich chemický a mikrobiologický rozbor na obsahy škodlivých látek či patogenních mikroorganismů. Využívají se ke kompostování a následnému použití ke hnojení nebo rekultivaci půd. Ke kompostování jsou vhodné zejména kaly, které jsou stabilizované, mají vysoký podíl organických látek (min. 25 %) a minerální složku (N, P, K, Mg, Ca). V surovinách a materiálu pro kompostování se mohou vyskytnout látky, které nelze kompostovat a jsou proto pro zavedení do kompostu nežádoucí. Jedná se především o inertní příměsi, které se do materiálu dostanou nedbalostí nebo omylem. Po stabilizaci kalů je podle dalšího způsobu zpracování kal používán v tekutém stavu nebo je různými způsoby zahuštěn. Tekutý kal je mezi 2,5 10 % sušiny, odvodněný kal má obsah sušiny mezi %, vysušený kal % sušiny. Odvodnění může probíhat na odstředivce, sítopásovém lisu nebo na komorovém lisu. Kal, jehož vhodnost pro využití v zemědělství byla prokázána chemickým rozborem, může být použit, jak při výrobě průmyslových kompostů, tak pro přímou aplikaci na zemědělskou půdu při dodržení určitých podmínek. Přímé použití kalů z čistíren odpadních vod ke hnojení je možné pouze při dodržení následujících podmínek: - nesmějí v nich být překročeny maximální povolené koncentrace rizikových prvků - použitou dávkou kalů nesmějí být překročeny mezní obsahy rizikových prvků v půdě - nesmí být překročena dávka sušiny kalů 5 t.ha -1 jedenkrát za tři roky (nutno vést přesnou evidenci o aplikaci) - nesmějí být používány k zelenině, ovocným kulturám a na pozemcích s půdní reakcí nižší než ph/kcl = 6,0 - nesmějí být používány v ochranných pásmech vodních zdrojů

37 Kompostování čistírenských kalů Se stoupajícími náklady na energii a neustále se zvyšující produkcí kalů kompostování bylo, je a bude stále považováno za alternativní, velice výhodnou metodu proti ukládání odpadů na skládky, spalování, pouštění do řek apod. Kompostování čistírenských kalů a jejich mikrobiální přeměna probíhá s použitím různých druhů nakypřujících materiálů jako jsou např. dřevěné štěpky, kůry, listí, pevné odpady, sláma apod., aby se mohl kal stát prostupným pro vzduch. Působením aerobních mikroorganismů dochází k biologické oxidaci kalu, k uvolňování tepla a vzrůstu teploty v kompostu. Úspěch kompostování závisí na důkladném promíchání jednotlivých složek, na vhodném poměru nakypřujících materiálů a kalu, aby se zlepšila poréznost a stabilizoval obsah vlhkosti kompostované hmoty. Pro kompostování se jeví jako nejdůležitější charakteristikou kalu vlhkost. Kompostování kalů z čistíren odpadních vod poskytuje určité výhody: - mikrobiální rozklad oxiduje organický materiál do poměrně stabilního stavu odolného proti produkci zápachu - teplo produkované během rozkladu zničí většinu patogenů - kompost je cenný produkt, je-li použit jako zlepšovač půdy a zdroj mikro- a makroživin příznivých pro růst rostlin - na rozdíl od kalu se kompost může snadno skladovat - kompostování vyžaduje nižší náklady Využití čistírenských kalů jako materiálu do kompostů Využití odpadů na zpracování kompostů, které jsou dále používány jako organická hnojiva se řídí samostatným zákonem o hnojivech. Organické hnojivo jako výsledek kompostovacího procesu musí odpovídat svými parametry i dalším využitím registraci organického hnojiva ve smyslu zákona č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd, ve znění zákona č. 317/2004 Sb., pokud jde o netradiční

38 38 technologie výroby kompostů, je nutné zpracovat na každé hnojivo samostatnou technickou dokumentaci. Zájem o kompostování čistírenských kalů stále vzrůstá. Při výběru materiálu pro kompostování musí být věnována pozornost především chemickému složení, zejména obsahu těžkých kovů a dalších cizorodých látek. Tento zájem je oprávněný, protože obsah cizorodých látek, nebezpečných pro životní prostředí, kulturní rostliny, živočichy i lidi, se často v průběhu kompostovacího procesu nemění a zůstává i v konečném produktu, takže s ním přecházejí do zemědělské půdy apod. Odpady určené ke kompostování však nejsou vůbec hodnoceny a sledovány z hlediska mikrobiologického, přestože jejich kontaminace fekálními streptokoky (enterokoky), fekálními bakteriemi i dalšími patogenními a podmíněně patogenními mikroorganismy je často velmi vysoká. Proto je v poslední době věnována v celém světě pozornost tomu, jak jednotlivé technologické postupy kompostování či jiného biologického zpracování odstraňují a ničí tyto nežádoucí mikroorganismy. Velmi často jsou komposty a z nich odvozené substráty používány ke hnojení hřišť, parků a dalších veřejných prostranství, kde nebezpečí inhalace přežívajících mikroorganismů je velmi vysoké. Nebezpečí kontaminace je i při otevřených zraněních při sportu na kompostem či substrátem ošetřených travnatých plochách. Ještě větší nebezpečí je zvláště u dětí. Studie prokázaly, že dítě může denně orálně přijmout až 100 mg prachu z půdy. Když dítě trpí geophagií může požít až 5 g půdy za den. V současné době je velké množství kompostů a substrátů distribuováno v maloobchodní síti a jejich využití je velmi časté i v domácnostech např. v květináčích či při pěstování různých rostlin na balkónech. Z tohoto důvodu je potřeba mikrobiologické kontroly a snižování počtu podmíněně patogenních a patogenních mikroorganismů. Možnost uplatnění vyrobeného kompostu se nabízí také pro rekultivace starých skládek a starých zátěží, pro stavební činnosti, k úpravě a péči o zeleň Složení kalu Složení kalu je závislé na řadě okolností a to především na způsobu čištění, na množství a druhu průmyslových odpadních vod, na úrovni a životním stylu obyvatelstva, na místě vzniku (regionu), na ročním období apod.

39 39 Obecně kal obsahuje: Netoxické organické látky, až 60 % v sušině a dále sloučeniny dusíku a fosforu Toxické látky - těžké kovy - Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd, Hg, As (konc. 1 až 1000 mg/l) - PCB, PAU, dioxiny, pesticidy, alkylsulfofenoly, polyfenoly Základní vlastnosti kalu Základní charakteristikou kalu je obsah vody určující jeho objemové množství. Látky obsažené v kalu, stanovené jeho odpařením při 105 C tvoří sušinu, v níž nejsou při uvedené teplotě obsaženy těkavé látky, kterých bývá obvykle zanedbatelné množství. Určitou část sušiny tvoří látky původně ve vodě rozpuštěné, včetně koloidních, které při zahušťování a odvodňování kalu zůstávají v kalové vodě, případně filtrátu, nugátu apod. látky suspendované tvoří většinou podstatnou část kalové sušiny a mají při zpracování kalu rozhodující význam. U kalů je důležité chemické složení částic v nich obsažených, které určuje i jeho fyzikální vlastnosti. Významný je organický podíl v sušině, resp. zbývající anorganický podíl. Organický podíl lze stanovit jako ztráta žíháním sušiny při 550 C. Při této teplotě jsou spáleny organické látky, kdežto látky anorganické (minerální) zůstávají většinou nerozloženy. Za těchto podmínek nepodléhá rozkladu ani termicky poměrně nestálý MgCO 3, v kalech často také přítomný. Zbytek po žíhání tvoří látky anorganické. Organické látky kalové suspenze lze dále rozdělit na látky biologicky rozložitelné (působením mikroorganismů) a látky vůči tomuto rozkladu resistentní. Některé látky jsou rozkládány velice pomalu. Existuje i řada druhů bakterií, které jsou schopné rozkládat některé specifické organické látky, považované dříve za biologicky resistentní (např. ropné uhlovodíky). Mikrobiální rozklad organického podílu kalu, popřípadě některé fáze tohoto rozkladu, probíhají často za tvorby zapáchajících látek. Takové kaly je nutno před jejich dalším zpracování stabilizovat. Významné jsou i hygienické vlastnosti kalu a to zejména obsah patogenních zárodků bakterií, virů, protozoí, červů a jejich vajíček aj. (obvyklých např. u kalů městských čistíren odpadních vod, příp. kalů produkovaných z odpadních vod splaškových nebo majících původ v chovu zvířat. Při stabilizaci kalu je kladen důraz zvláště na usmrcení těchto patogenů nebo alespoň výrazné snížení jejich počtu. Hygienické hledisko postihuje i přítomnost toxických látek

40 40 v kalu, zejména těch, které nejsou při jeho zpracování rozloženy a mohou ve finální etapě jeho využití nebo zneškodnění ohrožovat životní prostředí (tj. těžké kovy aj.) Druhy čistírenských kalů Surový kal kal určený k mechanizaci Primární kal kal pocházející z mechanického stupně čištění, je oddělený z odpadní vody v primární usazovací nádrži; jeho barva je šedá až hnědá, silně páchne a obtížně se odvodňuje; jeho součástí jsou fekálie, papír, písek atd.; obsahuje také řadu nežádoucích látek, kovů a patogenních mikrobů. Aktivovaný kal je tvořen biomasou, vytvořenou činností mikroorganismů v průběhu biologického čištění odpadních vod Přebytečný aktivovaný kal z dosazovacích nádrží je biologický a pochází ze sekundárního stupně čištění odpadních vod (aktivace nebo biofilmové reaktory) Terciální kal kal z chemického srážení Stabilizovaný kal prošel procesem stabilizace (aerobní, anaerobní), takže již dále nepodléhá biologickému rozkladu 4.6. Jednotlivé způsoby nakládání s čistírenským kalem a) anaerobní stabilizace kalu odvodňování kalu hygienizace kalu vápnem (u hygienicky závadných kalů) skladování kalu na čistírně (u menších čistíren) přeprava kalu skladování kalu v zemědělském závodě rozmetání kalu a zaorání do půdy b) anaerobní (případně aerobní) stabilizace kalu přeprava kalu rozstřik kalu po půdě nebo vnesení kalu do půdy radličkovými aplikátory c) anaerobní stabilizace kalu odvodňování kalu přeprava kalu kompostování kalu nebo zneškodňování kalu skládkováním

41 Zdravotní riziko použití čistírenských kalů do kompostů Čistírenské kaly je nutno vždy považovat za materiál při jehož nekontrolovatelné aplikaci se do půdy mohou dostávat značná množství rizikových látek. Škodlivé látky pak přes různé cesty vstupu jako je půda, ovzduší, voda a potravní řetězec, představují potenciální riziko pro zdraví člověka i zvířat. Při aplikaci čistírenských kalů do půdy vznikají dva okruhy potenciálních řetězců zdravotních rizik: rizika pro člověka, zvířata a rostliny v kalu přítomných patogenních a potenciálně patogenních organismů toxicita způsobená akumulací těžkých kovů a dalších nebezpečných látek v půdě, ze které mohou přecházet do rostlin, zvířat a lidí Z těchto důvodů se nakládání s kaly, především jejich aplikace na zemědělskou půdu řídí pomocí legislativních nástrojů. Evropské předpisy přihlíží na snížení zdravotního rizika jak z hlediska ochrany veřejného zdraví, tak i z hlediska ochrany zdraví při práci s čistírenskými kaly. Ze zákonu o odpadech vyplývá, že odpady, které mají alespoň jednu nebezpečnou vlastnost podléhají režimu nebezpečných odpadů přestože v katalogu nejsou takto označeny. Původce odpadu je povinen s nimi pak nakládat jako s nebezpečným odpadem. Toto ustanovení zákona se vztahuje na většinu produkovaných kalů na území České republiky. Kaly produkované na stávajících technologiích bez jakékoliv úpravy mají minimálně jednu nebezpečnou vlastnost infekčnost. Počty a druhy patogenních mikroorganismů vždy závisí na místních geografických, klimatických a demografických faktorech. Patogenní organismy do odpadů a odpadních vod přicházejí z různých zdrojů a jako hlavní zdroj je možno označit exkrementy nemocných lidí a zvířat. Vlastní proces čištění odpadních vod nebo úpravy kalů snižuje počty patogenních organismů. Přesto patogeny, které přežijí čištění kalů, mohou znovu vyvolat onemocnění u lidí a zvířat. Patogenní organismy, které mohou vyvolat závažná onemocnění u člověka nebo zvířat a vyskytují se v kalech nebo v odpadních vodách, se z půdy mohou dostat do ovzduší, na zemědělské produkty nebo proniknout do

42 42 podzemích a povrchových vod a některým z uvedených způsobů se mohou dostat do potravního řetězce. Zvlášť nebezpečné je rozšíření patogenních organismů rezistentních na antibiotika. V odpadních vodách a čistírenských kalech byly nalezeny desítky druhů patogenních a potenciálně patogenních organismů. Z virů se nejčastěji v čistírenských kalech nacházejí enteroviry (polioviry, echoviry, coxsackieviry), rotaviry, viry hepatitidy A, reoviry, adenoviry a parvoviry. Z bakterií jsou nejrizikovější bakterie rodu Salmonella, dále Shigella a enteropatogenní bakterie Escherichia coli, Yersinia enterocolitica, Vibrio cholera a Leptospira. Z protozoí se v kalech běžně nachází pět druhů, z parazitických červů sedm až osm druhů. Mezi aplikací kalů a prokazatelně zvýšeným výskytem nemocí či dokonce vznikem epidemie byla prokázána několikrát jasná souvislost. Čistírenské kaly obsahují velké množství salmonel, které stojí v popředí zájmu, neboť jsou to obligátně patogenní fekální mikroorganismy. Čerstvé kaly jsou kontaminovány z 91 %, aerobně stabilizované ze 79 % a vyhnilé z 82 %. Průměrné množství salmonel je 10 KTJ (kolonie tvořící jednotky, dále jen KTJ) na jeden litr. V čerstvém, vyhnilém a suchém kalu přežívají salmonely 143 až 180 dní. Vyhláška č. 382/2001 Sb. o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě byla zpracována Ministerstvem životního prostředí spolu s Ministerstvem zdravotnictví ČR a Ministerstvem zemědělství. Z hlediska hodnocení zdravotního rizika tato vyhláška stanovuje maximální počty termotolerantních koliformních bakterií (< 10 3 KTJ/g), enterokoků (< 10 3 KTJ/g) a u kalů kategorie I hodnotí přítomnost salmonel viz. tabulka 3. Dále jsou stanoveny limity pro obsah vybraných prvků v kalech a půdě viz. tab. 4. Přijatá opatření by měla minimalizovat všechna výše uvedená rizika. Nežádoucí příměsi je nutno z materiálu pro kompostování vyseparovat, protože zhoršují výslednou kvalitu hotového kompostu. Způsob separace je různý od ručního vybírání přes automatizované mechanizované odstraňování např. kovových částí. Je to vždy individuální podle druhu materiálu a především způsobu jeho získávání. Pokud se jedná o separovaný sběr od obyvatelstva, je předpoklad vyššího znečištění materiálu. Vyseparované příměsi z kompostovaného

43 43 materiálu je nutno zneškodnit jiným způsobem než je kompostování a to např. skládkováním nebo termicky ve vhodné spalovně. Tab.3: Mikrobiologická kriteria pro použití kalů na zemědělské půdě [3] Kategorie kalů Přípustné množství mikrolog.[ktj] v 1 g sušiny aplikovaných kalů termotolerantní koliformní enterokoky Salmonella sp. bakterie I. < 10 3 < 10 3 negativní nález II nestanovuje se Poznámka: Kategorie I. = obecně aplikovatelné Kategorie II. = jen pro pěstování technických plodin, rekultivace KTJ kolonie tvořící jednotky Tab.4: Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v kalech pro jejich použití na zemědělské půdě ukazatele pro hodnocení kalů [3] Riziková látka As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn AOX PCB Mezní hodnoty koncentrací v kalech [mg/kg sušiny] , Legislativa Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech, novela zákon č. 106/2005 Sb., zahrnuje úplné znění zákona Vyhláška č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví katalog odpadů Vyhláška č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě Vyhláška č. 383/2002 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady, ve znění vyhlášky č. 41/2005 Sb. a vyhlášky č. 294/2005 Sb. Zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší doplněný prováděcí vyhláškou č. 356/2002 Sb., kterou se stanoví seznam znečišťujících látek, emisní limity a

44 44 zjišťování přípustné míry obtěžování zápachem, dále doplněný Nařízením vlády č. 353/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky pro provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší. Zákon č. 254/2001 Sb. o vodách Zákon č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd, ve znění zákona č. 317/2004 Sb. Vyhláška č. 271/1998 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva Vyhláška č. 273/1998 Sb., o odběrech a chemických rozborech vzorků hnojiv Vyhláška č. 274/1998 Sb., o skladování a způsobu používání hnojiv Vyhláška č. 275/1998 Sb., o agrochemickém zkoušení zemědělských půd a zjišťování půdních vlastností lesních pozemků Zákon č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu Zákon č. 17/1992 Sb., o životním prostředí Zákon č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci a omezování znečištění, o integrovaném registru znečišťování a o změně některých zákonů Zákon č. 242/2000 Sb., o ekologickém zemědělství Zákon č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí Zákon č. 477/2001 Sb., o obalech ČSN Průmyslové komposty Směrnice Rady: č. 75/442/EHS, o odpadu č. 86/278/EC, o ochraně životního prostředí č. 91/271/EC, o ochraně povrchových vod č. 91/689/EHS, o nebezpečném odpadu č. 99/31/EC, o skládkování odpadů

45 45 5. CÍL PRÁCE Cíl práce byl následující: 1. zjistit strukturu organických materiálů, co do kvality, taky do množství 2. pro vybrané druhy organických materiálů s využitím dostupných prostředků monitorovat celý průběh respektive dílčí části procesu kompostování; v této části se zaměřit především na průběhy teplot tj. její maximální hodnoty a délky prodlevy v závislosti k jeho hygienizaci 3. na základě mikrobiologického rozboru zjistit, které kmeny bakterií a druhy plísní se nacházejí v jednotlivých fázích procesu kompostování 4. na základě výše uvedených bodů posoudit kvalitu kompostu a vhodnost jeho použití pro jednotlivé oblasti jako je např. zemědělství, parkové úpravy, rekultivace apod.

46 46 6. ŘEŠENÍ DANÉ SITUACE Obr.5: Sázava oblast pro kompostování čistírenských kalů 6.1. Kompostárna charakter a účel zařízení Svazek obcí pod Peperkem vybudoval a provozuje zařízení pro využívání biologicky rozložitelných odpadů kompostárnu. Toto zařízení je umístěno mimo souvislou zástavbu obce Sázava a sousedí s čistírnou odpadních vod. Výměra pozemku je m2. Dopravní obslužnost kompostárny je zabezpečena odbočnou pozemní komunikací z komunikace procházející obcí Sázava. V bezprostřední blízkosti kompostárny nejsou žádné vodní plochy ani vodoteče. Kompostárna je určena také zejména pro kompostování čistírenských kalů vyprodukovaných na cca 300 ekvivalentních obyvatel v obci Sázava. Protože je v obci velmi složitý terén, nemohly být připojeny všechny domy a některé dokonce vůbec připojit nelze.

47 47 Dále zpracovává odpady, které jsou v souladu s vyhláškou č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví katalog odpadů a další seznamy odpadů. Mezi tyto odpady patří odpady uvedeny v kapitole Kompostárna v obci Sázava byla navržena a vybudována jako zastřešená hala. Materiál je kompostován ve fermentačních žlabech. Provozní řád kompostárny je závaznou normou pro vlastníka a provozovatele Svazek obcí pod Peperkem, která stanovuje způsob přejímky odpadů, postup zpracování a výroby kompostu. Za její uplatňování, dodržování a kontrolu odpovídají příslušní vedoucí a pověření pracovníci, kteří mají povinnost se provozním řádem řídit. Příslušná ustanovení provozního řádu jsou závazná i pro cizí osoby a cizí dopravní prostředky pohybující se na území kompostárny. Předsedou představenstva a odpovědným pracovníkem je starosta obce Sázava František Ledvinka a obsluhu kompostárny tvoří Jaroslav Jaroš a Jaromír Bauer. Tento provozní řád byl schválen souhlasem Krajského úřadu kraje Vysočina Přehled odpadů pro něž je kompostárna určena [2] Katalogové číslo název odpadu kategorie odpadu odpad rostlinných pletiv O zvířecí trus, moč a hnůj O (včetně znečištěné slámy), kapalné odpady, soustředěné odděleně a zpracované mimo místo vzniku kaly z čištění odpadních vod O/N (odpady z výroby potravin živočišného původu) kaly z čištění odpadních vod v místě jejich vzniku O (odpady z výroby a zpracování ovoce, zeleniny, obilovin,..) kaly z čištění odpadních vod v místě jejich vzniku O (odpady mlékárenského průmyslu) odpady z destilace lihovin O kaly z odpadních vod v místě jejich vzniku O (odpady z výroby alkoholických a nealkoholických nápojů)

48 odpad z lesnictví O kaly z čištění komunálních odpadních vod O/N směs tuků a olejů z odlučovačů tuků O směs tuků a olejů z odlučovačů tuků obsahující O pouze jedlé oleje a jedlé tuky biologicky rozložitelný odpad O odpad ze zahrad a parků O Svazek obcí pod Peperkem nabízí dostatečnou kapacitu na zpracování bioodpadu v kompostárně v obci Sázava. Jednotlivé firmy mohou bioodpad na kompostárnu předávat na základě smlouvy, kterou se Svazkem obcí pod Peperkem uzavřou nebo i jednorázově po předchozí dohodě Charakteristika odpadů umožňující jejich příjem na kompostárnu Biodegradabilní kompostovatelné odpady, jako vstupní surovina kompostování, musí splňovat následující kvalitativní charakteristiky: - přijímají se pouze odpady uvedené v kapitole obsah dusíku, organické hmoty a vlhkost jsou analyzovány v laboratoři nebo jako průměrná kvalita jsou převzaty z tabulek - nesmí obsahovat příměsi PCB, ropné produkty, pesticidy - odpady, mimo odpad , , , bude deklarován obsah těžkých kovů - nejvyšší přípustné množství sledovaných látek v mg / 1 kg sušiny vstupních surovin (ČSN průmyslové komposty ): sledované látky nejvyšší množství (mg / kg sušiny vzorku) As 50 Cd 13 Cr Cu Hg 10 Mo 25 Ni 200

49 49 Pb 500 Zn pokud odpad překročí obsahy sledovaných látek, bude uložen do samostatné zakládky, kompostován a skladován odděleně - nesmí obsahovat příměsi jako sklo, velké kameny, plastické hmoty - odpady , , budou uloženy do samostatné označené zakládky, kompostovací proces bude veden za teplotních podmínek 70 C po dobu 1 hodinu, po celou dobu kompostování a skládkování bude vedeno odděleně 6.2. Kapacita výrobní linky Ve fermentačním žlabu, o kapacitě 30 t a objemu 120 m 3, se v cyklu cca dní zpracuje množství odpadu, které uvádí tab.5. a v 50 výrobních cyklech, kterých je schopna kompostárna vykonat za rok, se zpracuje množství odpadu uvedených v tab.6. Tab.5: Množství odpadů kompostované během dnů Druh odpadu Množství v t Obsah sušiny v % Celk. sušiny v t Sláma, seno ,8 Čistírenské kaly ,5 Celkem ,3 Vyrobený kompost ,4 Tab.6: Množství odpadů ke kompostování v 50 výrobních cyklech Druh odpadu Množství v t Obsah sušiny v % Celk. sušiny v t Sláma, seno Čistírenské kaly Celkem Vyrobený kompost

50 50 Energetická náročnost je cca 20 kwh elektrické energie na výrobu 1 t kompostu. Při použití kalů v sušině % je spotřeba elektrické energie 25 kwh/1 t kompostu a příkon elektrické energie je 40 kw/1 t kompostu Účel zařízení Účelem kompostárny a technologií aerobního kompostování je vyrobit z biologicky rozložitelných odpadů organické hnojivo kompost, který splňuje svou kvalitou podmínky stabilního organického hnojiva, nežádoucích mikroorganismů, zárodků škůdců a semen plevelů. Aerobní prostředí nezbytné pro činnost mikroorganismů zabezpečující kompostovací proces a hygienizaci uvedených biodegradabilních odpadů zajistí technologie vedená cyklicky ve fermentačních žlabech umístěných v hale. Aerobní kompostování ve fermentačním žlabu probíhá během celého roku, kdy limitní hodnotou je teplota okolí 5 C. Případné příměsi sklo, plasty, papír, textil, kovový odpad a jiné odpady jsou ručně vytříděny a následně uloženy do sběrných nádob umístěných v areálu kompostárny. Jedná se o odpady vytříděné z materiálu dováženého do kompostárny před vlastním procesem kompostování. Větší část těchto složek je způsobená důsledkem nekázně při shromažďování odpadů v místě vzniku. Tyto odpady jsou zařazovány podle katalogu v souladu s technologií vzniku odpadu do podskupiny 1912 (Odpady z úpravy odpadů jinde neuvedené) viz. tab. 7. Při kompostování nejsou používány žádné biopreparáty ani biostimulátory. Kompostovací proces je zajištěn dodržením správného poměru živin C : N a to je 30 : 1, vlhkosti %, obsahu organických látek min. 25 % a zajištěním aerobních podmínek. Tab.7: Zařazení odpadů podle katalogu [2] Kód druhu odpadu Název druhu odpadu Kategorie odpadu Papír a lepenka O Železné kovy O Neželezné kovy O

51 Plasty a kaučuk O Sklo O Textil O Nerosty (např. písek, kameny) O Jiné odpady (včetně směsí materiálů) z mechanické úpravy odpadu O 6.4. Stručný popis kompostárny Ochrana horninotvorného prostředí v místě nakládání s odpady Celá plocha kompostárny o rozměrech 40 x 16 m je zpevněna pro pojezd dopravní a nakládací techniky, v místech manipulace pro tekuté a polotekuté odpady je plocha vodohospodářsky zabezpečena. Je nepropustná a tvoří ji asfaltobeton. Plocha je vyspádována ke vpustím, kterými odtékají výluhové vody z kompostu do záchytné jímky. Kompostárna je zastřešena, střešní konstrukce o výšce cca 6 m je nesena ocelovými podpěrami, střešní krytina je z vlnitého materiálu Onduline. Okraj plochy kompostárny je ukončen záchytnými žlaby pro svod dešťové vody. Záchytná jímka pro výluhové vody z kompostárny je umístěna v blízkosti plochy kompostárny. Je nepropustná, bezodtoková, zakrytá. Voda zachycená v jímce se používá pro zpětné skrápění kompostu Skladovací prostředky suroviny pro kompostování Odpady do 10 % sušiny jsou přijímány do manipulačního zásobníku a ihned kompostovány, neskladují se do zásob. Odpady s vyšší sušinou nad 40 % jsou podle potřeby přijímány a skladovány volně nebo v lisovaných balících odděleně podle kvality.

52 Zařízení určené pro přejímku odpadů Tenzometrická váha, která je součástí a vybavením uzavřeného homogenizačního zařízení s evidenčním zařízením pro příjem a zabezpečení evidenci příjmu odpadů na kompostárnu podle kvality. Vybavením pro stanovení základních monitorovacích ukazatelů vedení kompostovacího procesu je teploměr na stanovování teploty, vlhkost se stanovuje senzoricky. Ostatní parametry pro hodnocení vstupních surovin, tj. organické látky, celkový dusík, limitní hodnoty rizikových prvků, jsou sledovány v akreditované laboratoři Popis technického a technologického vybavení zařízení Provoz celého zařízení tvoří homogenizační stroj, dávkovací stůl homogenizovaného vstupního materiálu, pásové dopravníky, šneková míchačka, naskladňovací vozík šnekový, fermentační žlab, vybírací a míchací fréza, dále kalové čerpadlo s rozvodem, regulačními prvky a manipulační nádrží na kaly. Elektrické ovládání je soustředěno do prostoru velína a u důležitých strojů. Provoz je vybaven stop tlačítky pro případ poruchy nebo havárie Schéma linky 1. provozní sklad tuhých odpadů 2. vodohospodářsky zabezpečená manipulační plocha pro odpady 3. manipulační zásobník tekutých kalů (15 m 3 ) 4. směšovací a homogenizační zařízení vybavené tenzometrickou váhou 5. manipulační plocha pro posouzení a dočasné uložení směsi 6. dávkovací zařízení pro plnění a doplňování fermentačního žlabu 7. dvoušneková míchačka 8. fermentační žlab (15 x 4 x 2 = 120 m 3 ) s naskladňovacím, překopávacím a vyskladňovacím zařízením 9. manipulační plocha pro dozrávání vyskladněného kompostu

53 53 (1) provozní sklad tuhých odpadů (2) manipulační plocha pro tuhé a polotuhé odpady (3) manipulační zásobník tekutých odpadů (4) směšovací a homogenizační zařízení vybavené tenzometrickou váhou (5) manipulační plocha posouzení a dočasné uložení směsi (6) dávkovací zařízení pro plnění a doplnění fermentačního žlabu (7) dvoušneková míchačka (8) fermentační žlab 120 m 3 naskladňovací a překopávací zařízení (9) manipulační plocha pro vyskladněný kompost (10) dozrávání Obr.6: Schéma linky (kap )

54 Stručný popis pracovního postupu 1. sestavení směsi vstupních surovin podle receptury 2. smyslové posouzení komponentů, případně podle analytických nebo mikrobiálních testů 3. plnění směšovacího a homogenizačního zařízení podle přepočtené receptury 4. smyslové posouzení směsí v zařízení 5. přeskladnění na manipulační plochy 6. plnění fermentačního žlabu prostřednictvím dávkovacího zařízení 7. homogenizační překopávka a dopřesnění skladby podle smyslového posouzení 8. po hodinách teplota stoupá, po dosažení teploty C se provede provzdušnění z důvodu toho, aby teplota nepřekročila 65 C; překopy se opakují vždy při dosažení těchto teplot a to 4x až 8x podle receptury; pro režim dodržení teploty 70 C po dobu 1 hodinu se v počátku kompostovacího procesu omezí překopávky a teplota se nechá vystoupat na požadovaných 70 C po dobu 1 hodiny 9. kompostovací proces je ukončen trvalým poklesem teplot pod 40 C a stabilizací teplot, která koresponduje s teplotou okolí 10. vyskladnění kompostu na manipulační a dozrávací plochu 11. na dozrávací ploše je kompost po dobu 1 měsíce a upraven do hromad v areálu kompostárny Kompostárna je schopna pracovat do venkovní teploty -5 C při naskladnění komponent optimálně však týdnů v roce. Za toto období vyprodukuje tun hotového kompostu při celkové ztrátě organické hmoty cca % Vlastní technologický postup kompostárny Technologický proces se skládá ze čtyř cyklů (naskladňování, překopávání, vyskladňování a dozrávání): 1. Při naskladňování je kompostovaný materiál dopraven nakládací technikou do homogenizátoru, kde se rozmělní a promíchá. Odtud je dopravníkem přesunut a krátkodobě uložen do manipulačního prostoru haly. Pak je materiál nakládacím mechanismem přesunut na dávkovací stůl a pásovým dopravníkem do šnekové

55 55 míchačky, kde se znovu homogenizuje, provzdušňuje, případně zvlhčuje (kejdou, čistírenskými kaly) a dalším dopravníkem se dostává do fermentačního žlabu, jehož kapacita je cca 30 tun. Výška naskladněné hmoty, hlídaná obsluhou, je do 2 m. 2. Překopávání je zajištěno zabudovanou pojízdnou frézou na dně fermentačního žlabu. Při samovolném postupném biologickém procesu fermentace a dosažení teploty materiálu C se ručně zapne spodní fréza a materiál se přes dopravníky a šnekovou míchačku, v případě potřeby dávkovacího čerpadla tekuté složky a plnícího pásového dopravníku se shrnovacím vozíkem, čímž dojde k provzdušnění a promíchání materiálu a odpaření vodní páry, dopraví znovu do fermentačního žlabu. Po fermentačním procesu naskladněné hmoty je tato činnost ukončena při poklesu teploty pod 40 C na teplotu dle teploty okolí a druhu materiálu a získá se tak cca 25 t kompostu o 40 % sušině. Při potřebě hygienizace při 70 C je nezbytné řídit překopávky tak, aby tato teplota byla dosažena a udržela se v celém horizontu 1 hodinu. 3. Vyskladňování se provádí překopávací frézou a vyskladňovacím dopravníkem přes vynášecí dopravník na přívěs nebo přilehlou plochu na dočasné uskladnění a dozrání. Tím se uvolní prostor pro další cyklus zpracování. 4. Fáze dozrávání na volné ploše po zajištěné hygienizaci ve fermentačním žlabu proběhne za dodržení aerobních podmínek zajištěných nakladačem. Takto vzniklý kvalitní kompost obsahuje množství některých těchto látek: - obsah fosforu ve formě P 2 O 5 = 0,28 %/q kompostu - obsah draslíku ve formě K 2 O = 0,59 %/q kompostu - obsah hořčíku ve formě MgO = 0,40 %/q kompostu - obsah vápníku ve formě CaO = 0,50 %/q kompostu - obsah dusíku je také nezanedbatelný, ale jeho využití je problematické - ph = 7,6 - velký obsah organických látek, který zlepšuje půdní strukturu a množství humusu v půdě - hodnoty sledovaných mikroprvků (těžkých kovů) zcela odpovídají ČSN, nedosahují ani 10 % limitních hodnot

56 56 Odpovídající kvalita kompostu je kontrolována v souladu s provozním řádem - provádí se chemické testy v laboratoři podle zák. č. 317/2004 Sb. O hnojivech, a to ve Velkém Meziříčí Enviro-ekoanalytika s.r.o.,v režimu 2x za rok v prvém roce kompostování a v dalších letech pak už jen 1x za rok pro každý druh zakládky a vždy při změně kvality vstupních odpadů nebo změně technologie. Rozbory kalů z místní čistírny odpadních vod se provádí také 2x ročně. Mikrobiální testy provádí, dle ČSN ISO , Státní zdravotní ústav Praha s četností stejnou jako v případě chemických testů. Pokyny pro odběr, manipulaci a uchování půdních vzorků určených pro studium aerobních mikrobiálních procesů v laboratoři: Vzorky se transportují v temnu při teplotách 4 ± 2 C v polyethylenovém sáčku volně uzavřeném tak, aby byly zachovány aerobní podmínky, nejlépe v přenosné termotašce Vzorky nesmí být vystaveny extrémním klimatickým podmínkám, není dovoleno vzorky zmrazovat, vysoušet nebo dosycovat vodou, musí být předány ihned po odběru do laboratoře ke zpracování Laboratorní rozbor musí být zahájen v co nejkratší době po odběru vzorku, nejdéle do 48 hodin Stanovení indikátorových mikroorganismů pro mikrobiologická kritéria kompostu se provádí dle metod uvedených v odborném periodiku Acta hygienica, epidemiologica et mikrobiologica. Kompost splňující parametry zák. č. 308/2000 Sb. O hnojivech, může být použit na zemědělskou půdu. Vyrobený kompost bude také surovinou pro výrobu substrátu ve složení: kompost, zemina, rašelina, borka, případně vybraná průmyslová hnojiva Obsluha Obsluha přejímá odpad, tzn. kontroluje doklady původců odpadů, vizuálně kontroluje kvalitu odpadů, váží a zapisuje do provozního deníku, potvrzuje dodací listy původce odpadů. Obsluha zodpovídá za dodržování provozního řádu, provádí údržbu zeleně a udržuje sjízdnost vozovek v areálu kompostárny, zodpovídá za bezpečnost a pořídek na

57 57 pracovišti, vykonává pravidelnou údržbu a ošetřování svěřené techniky a zařízení kompostárny, odpad zpracovává, značí a eviduje, vede provozní deník, kontroluje kompostovaní proces a manipuluje s odpadem i hotovým kompostem Měření teplot k zajištění hygienizace kompostovacího procesu Pro zajištění základního parametru kompostovacího procesu teplota kompostárna používá zapichovací teploměr vybaven měřícím zařízením pro odpočet a zápis naměřených teplot. Harmonogram měření teplot: První měření teplot se provede po homogenizační překopávce do 24 hodin. Další měření se provádí po dobu 5 dní každý den (v intervalu směny to je 8 hodin) a to 5 x za den. V těchto dnech musí dojít k zajištění hygienizace, zahřátí na teplotu 70 C po dobu 1 hodiny, dále 5 dnů 45 C. Mimo hygienizační teplotu 1 hodinu 70 C v průběhu prvních 48 hodin nesmí teplota překročit 65 C. Je to signál k překopávce. Dále stačí měřit teplotu 1x týdně až do ukončení kompostovacího i dozrávacího procesu. Regulace a průběh teplot pro zajištění hygienizace kompostu se řídí překopávkou zakládky. Ukončení kompostovacího procesu je signalizováno trvale poklesem teplot pod 45 C. Teplota kompostu ukončeného kompostovacího procesu koresponduje s teplotou okolí podle aktuálních meteorologických podmínek. Umístění teploměru: Umístění teploměru se provádí v pravidelných vzdálenostech 5 míst zakládky, v hloubce 50, 80, 150 cm pod povrchem zakládky, aby se zajistilo homogenní a objektivní měření teplot. Ve všech místech a hloubkách měření teplot se teploty odečtou a zaznamenají. Evidence teplot: Teplota je evidována v každé zakládce podle místa, hloubky, data a hodiny. Evidence průběhu teplot je dokladem pro kontrolu zajištění schopnosti hygienizace technologie kompostárny a kvality výsledného kompostu a bude uchována po dobu 5ti let.

58 Vlastní postupy a měření Měření, které se skládá ze tří cyklů kompostovacích procesů, jsem zahájila od a ukončila Náplní mé práce bylo odebírání vzorků, měření, zapisování teplot a následné vyhodnocení kvality vzorků ve školní mikrobiologické laboratoři. Byly mi poskytnuty výsledky rozboru vody z ČOV Sázava, které uvádí tab. č.8., dále laboratorní rozbory kalu viz. tab.9 a kompostu viz. tab.10. Tyto rozbory se provádí 2x ročně. V prvním kompostovacím cyklu jsem měřila teplotu kompostu pomocí zapichovacího teploměru, který byl upevněn na kovové tyči. Na počátku druhého cyklu mi byl poskytnut, po dohodě s Doc. Rybářem, digitální teploměr (registrátor teploty a vlhkosti vzduchu), který jsem použila pouze druhý den kompostovacího cyklu viz. graf 2. Ve třetím cyklu byl tento registrátor teplot využit na celý průběh kompostovacího cyklu. Tab.8: Rozbor vody z ČOV Sázava PŘÍTOK ODTOK Hodnoty průměrných Skupinová stanovení koncentrací v [mg/l] CHSK dichromanem 773 BSK NL N-NH 4 46,3 CHSK dichromanem 43 BSK 5 3,8 NL 3 + N-NH 4 3,6

59 59 Tab.9: Laboratorní rozbor čistírenského kalu Ukazatel Měrná jednotka Výsledek Sušina % 35,05 Termotolerantní bakterie KTJ/g 2,3x10 6 Fekální streptokoky KTJ/g 1,4x10 5 Tab.10: Laboratorní rozbor kompostu Jednotka Stanovená hodnota Mezní hodnoty**) Sušina % hmot. 35, Vlhkost % hmot. 65,0 40,0 65,0 Spalitelné látky % v suš. 72,3 min. 25,0 Dusík celkový % v suš. 1,71 min. 0,60 C:N 21,1 max. 30 ph 7,6 6,0 8,5 Nerozložitelné příměsi % v pův. hmotě 0,10 max. 2,0 Homogenita celku % relativní 6,9 ± 30 Parametr Jednotka Stanovená hodnota Mezní hodnoty Fosfor g/kg sušiny 3,36 Draslík g/kg sušiny 14,1 Hořčík g/kg sušiny 6,97 Vápník g/kg sušiny 10,3 Arsen mg/kg sušiny <5,0 30,0* 10** Kadmium g/kg sušiny 0,19 5,0* 2** Chrom celkový mg/kg sušiny 18,0 200* 100** Měď mg/kg sušiny 12,8 500* 100** Rtuť mg/kg sušiny 0,08 4,0* 1,0** Nikl mg/kg sušiny <10,0 100* 50** Olovo mg/kg sušiny 13,1 200* 100** Zinek mg/kg sušiny 74, * 300** Poznámka:

60 60 *mezní (maximální) hodnoty koncentrací v kalech v mg/kg sušiny dle vyhl. 382/2001 Sb. **limitní hodnoty dle ČSN (Průmyslové komposty tab.2, tab.3 třída 1.) Produkce odpadů v jednotlivých cyklech 1. cyklus ( ): Složení kompostu: sláma kg zahradnický odpad kg odpad z údržby městské zeleně čistírenské kaly Celkem kg vyrobeno: kg kg 2. cyklus ( ): Složení kompostu: sláma kg zahradnický odpad kg odpad z údržby městské zeleně čistírenské kaly Celkem kg vyrobeno: kg kg 3. cyklus ( ): Složení kompostu: sláma kg zahradnický odpad čistírenské kaly Celkem kg vyrobeno: kg kg

61 Metodika vlastního měření teplot zvolila jsem si na každé straně fermentačního žlabu tři místa vzdálená od sebe cca 5 m a tuto vzdálenost jsem dodržovala při každém novém měření zapichovací teploměr jsem vedla kolmo k povrchu hromady tak, aby mířil do jejího středu; hromada měla trojúhelníkový profil první měření proběhlo v hloubce 0,50 m, kde jsem odečetla ustálenou teplotu, dále jsem pokračovala do hloubky 1,25 m a tam opět odečetla ustálenou teplotu; takto jsem provedla měření v každém místě kompostu ve všech místech a hloubkách jsem teploty zaznamenala v prvních dnech cyklu jsem prováděla měření častěji, minimálně 4 x denně, z důvodu vysokých teplot při použití registrátoru teplot bylo čidlo registrátoru umístěno a zachyceno v kompostu tak, aby nedošlo k jeho poškození při překopávce; snímalo teplotu v časových intervalech 1 hodiny (údaje o registrátoru teplot jsou uvedeny viz.kapitola ) Metodika odebírání vzorků v každém cyklu jsem odebírala dva vzorky, a to jeden na počátku a jeden na konci kompostovacího procesu vzorek byl odebrán do polyethylénového sáčku s uzávěrem a následně zvážen na digitální váze v chladnu převezen do školní mikrobiologické laboratoře vzorky byly uchovány v lednici při + 4 C Tab.11: Hmotnost odebraných vzorků kompostu Cykly kompost. procesu Hmotnost odebraného vzorku v [g] - počátek Hmotnost odebraného vzorku v [g] - konec 1. cyklus cyklus cyklus

62 Metodika stanovení vlhkosti vzorků cílem je oddělení vody od pevné fáze vlhkost je stanovena z rozdílu počáteční hmotnosti vlhkého vzorku a konečné hmotnosti vzorku po jeho úplném vysušení za stanovených podmínek, viz. uvedená rovnice odebraný vzorek se rozdrtí na menší části ze vzorku se odebere cca 20 g kompostu a zváží na předem zvážený alobal zvážený vzorek se vysuší do ustálení hmotnosti při 105 C po vychladnutí exsikátoru se váží a zjistí se obsah vlhkosti obsah vlhkosti (x) vyjádřený v % se vypočte ze vzorce: x = m [%] m kde: m 1 = úbytek na hmotnosti sušením (g) m = hmotnost vzorku před sušením (g) Metodika mikrobiologického rozboru vzorků určení počtu Petriho misek, počtu zkumavek pro ředění a počtu Erlenmayerových baněk příprava agarů pro jednotlivé skupiny mikroorganismů navážení 20 g kompostu z každého vzorku, smíchat s 200 ml destilované vody v Erlenmayerové baňce a dát na třepačku po dobu cca 15 minut roztok z třepačky pipetovat do zkumavek pro každý vzorek roztoku 7 zkumavek ( zředění ) odpipetovat 1 ml z příslušné zkumavky do příslušné Petriho misky, po té zalít agarem vložení Petriho misek s jednotlivými mikroorganismy do tepelných komor s různými stupni výhřevu po dané kultivaci určit počet KTJ v 1 ml roztoku vzorku kompostu

63 63 Stanovené skupiny mikroorganismů pro rozbor: Escherichia coli Aktinomycety Mikromicety CPM termofilní Salmonella * * viz. diskuse Celkový počet Petriho misek: Escherichia coli 18 ks Aktinomycety 18 ks Mikromicety 18 ks CPM termofilní 18 ks Kontrola 12ks Celkem 84 ks Celkový počet zkumavek: 1.cyklus ( počátek / konec ): 2 x 7 = 14 2.cyklus ( počátek / konec ): 2 x 7 = 14 3.cyklus ( počátek / konec ): 2 x 7 = 14 Celkem 42 ks Celkový počet Erlenmayerových baňek: dva vzorky v každém cyklu Celkem 6 ks Použité kultivační půdy a jejich vlastnosti 1) CZAPEK DOXOU AGAR - vysušený granulát složení: dusičnan sodný 3g sacharóza 30g fosforečnan draselný 1g

64 64 chlorid draselný 0,5g síran železnatý 0,01g síran hořečnatý 0,5g agar práškový 20g příprava: 55g se rozpustí v 1 litru destilované vody 2) MPA MASOPEPTONOVÝ AGAR - nutrient agar složení: masový pepton 10g/l hovězí extrakt 10g/l chlorid sodný 5g/l agar 15g/l - konečné ph: 7,2 ± 0,2 příprava: 40g se rozpustí v 1 litru destilované vody 3) ENDO AGAR - živný agar pro stanovení koliformních bakterií složení: masový extrakt 8,55g/l pepton z hovězího masa 10g/l laktóza 10g/l chlorid sodný 5g/l siřičitan sodný bez vody 1,2g/l fuchsin basický 0,25g/l agar agar 12g/l příprava: 47g se rozpustí v 1 litru destilované vody 4) ŠKROBOVÝ AGAR složení: škrob 10g (NH 4 ) 2. SO 4 (síran amonný) 1g MgSO 4. 7H 2 O (síran hořečnatý) 1g NaCl (chlorid sodný) 1g

65 65 CaCO 3 (uhličitan vápenatý) 3g agar 20g destilovaná voda 1l příprava: 36g se rozpustí v 1 litru destilované vody Určení počtu KTJ Určení počtu KTJ v 1g / 1 ml uvádí následující rovnice: Výpočet: C = N / [(n 1 V 1 F 1 ) + (n 2 V 2 F 2 ) (n i V i F i )] Kde: C počet KTJ ve zvolené hmotnosti nebo objemu vzorku ( 1g / 1ml ) N součet všech vyrostlých kolonií na Petriho miskách ze zředění F 1, F 2,, F i ni počet misek příslušných ředění Vi očkovaný objem vzorku Fi zředění, užité pro zkoušený objem vzorku V 1, V 2,, Vi F = 1 pro nezředěný vzorek F = 0,1 pro 10x zředěný vzorek apod. Výsledky se vyjadřují jako počet kolonie tvořících jednotek ( KTJ ) v daném objemu vzorku. Tab.12: Tabulka kultivačních teplot, inkubací, živných půd a použitých zředění Sledovaný ukazatel Kultivace ve [ C] Inkubace v *[h],**[dny] Kultivační půda Ředění - počátek Ředění - konec Escherichia 44 24* Endoagar coli Aktinomycety ** Škrobový agar Mikromycety ** Czapek Doxou agar CPM ** MPA

66 Výsledky měření 1. KOMPOSTOVACÍ CYKLUS ( ) Podmínky okolí: venkovní teplota Ø 13,0 ºC vlhkost vzduchu 65 % Stanovená vlhkost kompostu: 58 % Tab.13: Mikrobiologický rozbor vzorku z prvního kompostovacího cyklu Sledovaný ukazatel Počet KTJ v 1 ml vzorku Vzorek vstupních surovin Vzorek kompostu CPM 2,2 x ,02 x 10 6 E. Coli 783 x Aktinomycety 3,92 x ,32 x 10 3 Mikromycety 1,67 x ,2 x 10 2 Salmonella 0 0 Průběh teplot 1. kompostovacího cyklu teplota [ C] ; 75 4; 73 6; 76 7; 78 8; 80 9; 78 10; 77 11; 77 5; ; ; délka cyklu [den] Graf 1: Teplotní průběh 1. kompostovacího cyklu

67 67 2. KOMPOSTOVACÍ CYKLUS ( ) Podmínky okolí: venkovní teplota Ø 10,0 ºC vlhkost vzduchu 67 % Stanovená vlhkost kompostu: 55 % Tab.14: Mikrobiologický rozbor vzorku 2. kompostovacího cyklu Sledovaný ukazatel Počet KTJ v 1 ml vzorku Vzorek vstupních surovin Vzorek kompostu CPM 1,3 x ,02 x 10 6 E. Coli 425 x ,8 x 10 1 Aktinomycety 8,75 x ,3 x 10 1 Mikromycety 8,3 x x 10 1 Salmonella 0 0 Průběh teplot 2. kompostovacího cyklu teplota [ C] ; 37 2; 80 3; 81 4; 80 5; 76 6; 78 7; 80 8; 83 9; 82 10; 77 11; délka cyklu [den] Graf 2: Teplotní průběh 2. kompostovacího cyklu

68 68 Průběh teplot v průběhu 2. dne 2. kompostovacího cyklu 100 teplopta [ C] ; 32 0,5; 18 2; 58 3; 65 4; 70 5; 75 6; 79 7; 80 8; 81 9; 83 10; 82 11; 82 12; 81 13; délka cyklu [h] Graf 3: Teplotní průběh 2. dne 2. kompostovacího cyklu 3. KOMPOSTOVACÍ CYKLUS ( ) Podmínky okolí: venkovní teplota Ø 7,2 ºC vlhkost vzduchu 59 % Stanovená vlhkost kompostu: 71 % Tab.15: Mikrobiologický rozbor vzorků 3. kompostovacího cyklu Sledovaný ukazatel Počet KTJ v 1 ml vzorku Vzorek vstupních surovin Vzorek kompostu CPM 0,58 x ,06 x 10 6 E. Coli 675 x x 10 1 Aktinomycety 16,92 x ,1 x 10 3 Mikromycety 8,33 x ,7 x 10 3 Salmonella 0 0

69 69 Průběh teplot v průběhu 3. kompostovacího cyklu teplota[ C] ; 48 5; ; 37 6; 37 9; ; 28 10; ; 23 7; ; 9 11; 8 12; 6 13; délka cyklu[den] Graf 4: Teplotní průběh 3. kompostovacího cyklu

70 Ekonomické shrnutí Náklady na výstavbu kompostárny činily cca Kč. Z toho byla poskytnuta dotace ze Státního fondu životního prostředí ČR Kč. Zbylou částku tvoří prostředky ze Svazku obcí pod Peperkem, kde se podíleli jednotlivé obce podle počtu obyvatel. Tab.16: Rozpočet Svazku obcí pod Peperkem na rok 2006 PŘÍJMOVÁ ČÁST Částka v [Kč] VÝDAJE Částka v [Kč] Náklady na provoz ( loňské faktury ) Sláma, mycí prostředky atd Přijatý zbytek dotace Úroky z úvěru SFŽP Investiční náklady Voda splátka úvěru Celkem Elektřina Příjmy z vlastní činnosti: PHM Vlastní činnost příjmy Nájemné věci Úroky v bance Audit Celkové příjmy Rozbory, práce, odvoz popelnice Opravy a údržba Celkové výdaje

71 71 7. DISKUSE Zpočátku bych se obecně zaměřila na výhody, které kompostování může přinášet a jeho následnou diskusi. Jak jsem již uvedla v literární části, jednou z hlavních předností je výroba kvalitního humusu. Je to jeden z několika argumentů, proč vlastně kompostovat. Čím je tedy kompost kvalitnější, tím lépe pro půdu a půdní prostředí. Další výhodou a otázkou kompostování je zpracování a následná hygienizace všech netoxických organických a hnojivých odpadů. Kompostárna v obci Sázava zpracovává nejen tyto organické odpady, ale spolu s nimi zpracovává i kaly z místní čistírny odpadních vod. Dle mého názoru je to velice perspektivní metoda, protože kal nejenže sám o sobě představuje pro kompost určitou vlhkost, ale vyřeší se tím řada otázek, jak naložit s čistírenskými kaly, aby nepřicházely do styku se životním prostředí a následně ho neovlivňovaly, aby se předcházelo ukládání na skládky, spalování či pouštění do řek. Co se týče délky kompostovacího cyklu, většina autorů uvádí tuto délku minimálně 35 dní až 3 měsíce. Kompostárna, kde jsem se zúčastňovala vlastního výzkumu, uvádí průměrnou délku kompostovacího procesu dní. Myslím si, že není zcela možné splnit požadavky, které literatura uvádí a to z důvodu takového, že především záleží na klimatických podmínkách, na způsobu výroby a dané technologii. Pozastavila bych se především u mnou naměřených výsledků týkajících se především průběhu teplot v závislosti na daném čase, které se poměrně liší od uvedené literatury. Měření probíhalo ve třech kompostovacích cyklech. První cyklus , v tomto období zaznamenávalo prostředí kompostu velmi vysoké teploty, které se pohybovaly průměrně kolem 78 C a na této stupnici se drželi po celou délku kompostovacího procesu. Kompost se musel často překopávat, aby se omezily vysoké teploty, které mohou vést, jak již uvádí Doc. Zemánek ve své literární části, k hubení potřebných organismů a tím i prodloužení doby zrání kompostu. Během tohoto období byla naměřena venkovní teplota v průměru 13 C, což byl pravděpodobně jeden z následků těchto vysokých teplot. Neustálé provzdušňování mohlo být dalším faktorem zvýšené teploty, protože čím více byl mikroorganismům dodáván kyslík, tím více se zvyšovala jejich aktivita vyvolávající tyto vysoké teploty. Zpočátku se provzdušňovalo 5 x denně, kdy délka jednoho cyklu provzdušňování trvala cca 2 hodiny. Když teplota stále neklesala, muselo se provzdušňovat vícekrát.

72 72 Druhý cyklus měl o něco výraznější teploty než cyklus první. Zde teplota překračovala až 80 C a to v průběhu dne kompostování. Jak jsem již uvedla důvod vysoké teploty v prvním cyklu, v tomto období byly opět výrazné klimatické podmínky a muselo se častěji překopávat. Třetí cyklus se výrazně liší od předchozích cyklů a to zejména teplotou, která je alespoň o 20 C nižší a délkou kompostovacího procesu nejméně o 3 dny. Zde by se dalo diskutovat o nižších teplotách, které dosáhly maximálně cca 48 C ve čtvrtém až pátém dni kompostovacího procesu. Vzhledem k tomu, že venkovní teploty byly o něco ostřejší a to kolem 0 C, nemohlo dojít ke zvýšení teploty kompostu. V průběhu sedmého dne došlo k poklesu až na 23 C, kdy venkovní teploty vykazovaly až 7 C. V devátém dni kompostovacího procesu teploty opět stouply a cyklus pokračoval dále v procesu viz. graf 3. Následující dva dny byly opět velké mrazy, teplota kompostu klesla až na 7 C a tím narušila neboli více méně zastavila mikrobiologické pochody v kompostu. Kompostárna pracuje pouze do venkovních teplot 5 C, proto byl tento cyklus v daném roce poslední. V mikrobiologických rozborech uvádím stanovení určitého druhu bakterií rodu Salmonella. Jelikož školní mikrobiologická laboratoř neposkytuje neboli nemá vhodné vybavení na laboratorní stanovení těchto druhů bakterií, byly mi poskytnuty nejen výsledky z kompostárny Sázava (Acta Hygienica), ale obecně platí, že pokud koliformní bakterie rodu Escherichia coli nejsou nebo jen z části přítomny, pak výskyt Salmonell není možný. To znamená, že bakterie rodu Salmonella jsou vhodným ukazatelem dobře provedeného procesu kompostování. Přítomnost E. coli u všech tří monitorovaných vzorků kompostu byla v normě a to pod 10 3 KTJ. Mikrobiologické rozbory určitých cyklů kompostování uvádí tabulka 13, 14, 15. Vzhledem k tomu, že třetí kompostovací cyklus probíhal ve velmi ostrých klimatických podmínkách a teplota kompostu nestoupla minimálně na 65 C, výskyt stanovených mikroorganismů byl o něco vyšší než u předchozích dvou cyklů. I přes to všechny vzorky kompostu, které byly stanoveny, odpovídají normě ČSN Průmyslové komposty.

73 73 8. ZÁVĚR Moje diplomová práce se zabývá problematikou kompostování kalů z čistírny odpadních vod v obci Sázava. V kapitole č. 2 je uveden obecný popis kompostování, jeho metody a průběh celého kompostovacího procesu. Dále jsou zde i shrnuty druhy kompostů. V kapitole č. 3 je popsána celková technologie, jejímž obsahem je jak receptura zakládky, tak způsob výroby kompostů. Dále jsou zde popsány stroje používané pro kompostování a jejich rozdělení. V kapitole č. 4 je uveden obecný popis kalu, jeho význam a požadavky na něj a dále určitá rizika při použití kalů z čistíren odpadních vod do kompostů. V kapitole č. 5 uvádím cíl práce. Kapitola č. 6 patří vlastní práci, kde popisuji stávající kompostárnu a její následnou technologii a přehled odpadů, pro něž je kompostárna určena. Dále zde popisuji kapacitu výrobní linky a množství kompostu, které se vyrobí za daný cyklus a náklady s tím spojené. Nechybí tu ani způsoby měření teplot, odebírání vzorků a jejich následný mikrobiologický rozbor. Vyrobený kompost je poskytován k prodeji a to zejména pro sousední zemědělství AGRO, a.s., dále také pro zahrádkáře a místní obyvatelstvo. Za 1 tunu kompostu je požadovaná částka 300kč (včetně DPH). Kompostárna pracuje optimálně týdnů v roce. Za toto období vyprodukuje cca tun hotového kompostu. Na základě vlastního výzkumu mohu potvrdit, že kompostárna v obci Sázava, která je alternativním řešením pro zneškodňování vhodných čistírenských kalů spolu s dalším bioodpadem, produkuje opravdu kvalitní kompost. Aplikované kaly, které jsou produkcí místní čistírny, jsou stabilizované, mají vysoký podíl organických látek a minerální složku (N, P, K, Mg, Ca). Lokalita, kde se kompostárna nachází, je pro daný účel velmi vhodná a vhodnými technickými opatřeními lze bez problémů omezit nebezpečí pro životní prostředí na minimum. Kompostárna doposud nevykazovala žádné významné negativní vlivy. Jsem ráda, že jsem se mohla zúčastnit tohoto výzkumu, který mi rozšířil oblast v oboru kompostování. Na závěr bych ráda dodala, že pokud bude kompostárna vážně uvažovat o koupi digitálního teploměru, ušetří tím nejen čas obsluhy, ale bude mít i přesné a kontinuální výsledky naměřených teplot.

74 74 9. POUŽITÁ LITERATURA [1] 185/2001 Sb., zákon o odpadech [2] 381/2001 Sb., vyhláška, kterou se stanoví katalog odpadů, seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů) [3] 382/2001 Sb., vyhláška o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě [4] Barchánková, J. a kol.: Využití kalů z čistíren odpadních vod, Sborník přednášek ze semináře, 1.listopad 1994, Praha [5] Časopis Odpady: Změna vyhlášek, Odborný časopis pro nakládání s odpady a životní prostředí 10/2005, str. 24 [6] Filip, J., CSc. a kol.: Komunální odpad a skládkování, MZLU, 1. vydání, 2003, ISBN x [7] Filip, J., CSc. : Odpadové hospodářství I., MZLU, 1. vydání, 2002, ISBN [8] Groda, B., DrSc. a kol.: Technika zpracování odpadů I., MZLU, 1. vydání, 1995, ISBN [9] Groda, B., DrSc. a kol.: Technika zpracování odpadů II., MZLU, 1. vydání, 1997, ISBN [10] Hejátková, K. a kol.: Faremní kompost vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem, VÚZT, Praha 2002, ISBN [11] Kalina, m.: Kompostování a péče o půdu, Grada publishing, s.r.o., Praha 1999, ISBN [12] Kolektiv: Uplatnění biotechnologických postupů zhodnocení hnojivých odpadů v ekologických podmínkách zemědělské výroby, Metodika pro zavádění výsledků výzkumu do zemědělské praxe, ÚVIZ Praha, 1992, č.7 [13] Lacko, P.: Technologie zpracování odpadů, Pardubice, 1998 [14] Macourek, M.: Optimalizace surovinové skladby při kompostování zbytkové biomasy, [15] Michalová, M., Matulová, D.: Biologicky rozložitelné odpady a jejich biologické zpracování, časopis Odpady 4/2005, str. 16 [16] Nerudová, M., Janda, M.: Využití odvodněných kalů z městských čistíren ke zůrodnění půd metodiky, Praha 1978, ÚVTEI-73665/1-2

75 75 [17] Příloha č. 4/1998 k Acta hygienica, epidemiologica et microbiologica: Mikrobiologicko-hygienické vyšetřovací metody pro půdy, komposty a jiná neminerální hnojiva, čistírenské kaly a další tekuté a tuhé odpadní materiály, Mikrobiologicko-hygienické posouzení účinnosti procesu kompostování, Praha, duben 1998, SZÚ [18] Reichlová, E., Váňa, J., Janovský, J.: Hodnocení testů zralosti kompostu, Rostlinná výroba, vol. 42, No. 2, 1996, CS ISSN: X [19] Šlejška, A.: Význam organické hmoty v půdě, [20] Šťastný, M.: Mechanizace kompostování, Studie VTR, Zemědělská technika 1991, č.1 [21] Váňa, J.: Výroba a využití kompostů v zemědělství, Institut výchovy a vzdělávání Mze ČR v Praze, 1994, ISBN x [22] Zemánek, P., Ph.D.: Speciální mechanizace mechanizační prostředky pro kompostování, Skriptum MZLU v Brně, 1. vydání, 2001, ISBN

76 PŘÍLOHY Obr.1: Nabírání vzorku kompostu Obr.2: Vkládání vzorku kompostu do polyethylénového sáčku Obr.3: Vážení a popisování vzorku kompostu na digitální váze

77 77 Obr.4: Měření teploty kompostu zapichovacím teploměrem Obr.5: Vodohospodářsky zabezpečená manipulační plocha pro tuhé a polotuhé odpady Obr.6: Homogenizační a dávkovací zařízení vybavené tenzometrickou váhou

78 78 Obr.7: Drtící ústrojí homogenizačního zařízení viz. obr.6 Obr.8: Pásový dopravník pro přepravu hrubého kompostu na manipulační plochu uvnitř objektu Obr.9: Nakladač hrubého kompostu v místě manipulační plochy pro posouzení a dočasné uložení směsi

79 79 Obr.10: Šnekové homogenizační ústrojí Obr.11: Šnekové homogenizační ústrojí pohled shora viz.obr.10 Obr.12: Dávkovací kalové čerpadlo

80 80 Obr.13: Dávkovací kalové čerpadlo s naskladňovacím pásovým dopravníkem Obr.14: Naskladňovací pásový dopravník Obr.15: Příčný naskladňovací pásový dopravník

81 81 Obr.16: Homogenizační zařízení naskladňovací zařízení fermentačního žlabu Obr.17: Fermentační žlab se spodní vybírací frézou umístěnou pod kompostem Obr.18: Schody k fermentačnímu žlabu

82 82 Obr.19: Vyskladňovací pásový dopravník Obr.20: Vyskladňovací pásový dopravník pohled z boku Obr.21: Vyskladňovací pásový dopravník mimo kompostovaní halu

83 83 Obr.22: Manipulační plocha pro vyskladněný kompost s vyskladňovacím pásovým dopravníkem Obr.23: Zásobník tekutých kalů Obr.24: Zásobník tekutých kalů pohled shora

84 84 Obr.25: Čistírna odpadních vod v objektu kompostárny Obr.26: Velín