Vliv biotechnologických přípravků na průběh kompostovacího procesu a produkci plynných emisí z kompostovacího procesu

Transkript

1 Vliv biotechnologických přípravků na průběh kompostovacího procesu a produkci plynných emisí z kompostovacího procesu M. KOLLÁROVÁ, P. PLÍVA, A. JELÍNEK, M. ČEŠPIVA Výzkumní ústav zemědělské techniky, Praha, Česká republika ABSTRAKT: V příspěvku jsou prezentovány výsledky dvou experimentů při použití biotechnologických přípravků Bakteriokompostér Plus a Bio-Algeen G40. Byla zkoumána účinnost těchto přípravků na průběh kompostovacího procesu a produkci emisí z kompostovací činnosti. Experiment byl proveden také s použitím biofiltru. Měření emisí bylo provedeno kontinuální metodou měřícím přístrojem INNOVA MULTIGAS (monitor 32) Multipoint Sampler 309 INNOVA. Výsledky experimentů potvrdili, že biotechnologické přípravky mají vliv na snížení produkce emisí z kompostovací činnosti. Klíčová slova: řízené mikrobiální kompostování, biofiltr, emise plynů, kompost, biotechnologické přípravky Poznatky uvedené v tomto článku byly získány při řešení projektu QF348 Přeměna zbytkové biomasy především z oblasti zemědělství na naturální bezzátěžové produkty, využitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a EU, který je podporovány Národní agenturou pro zemědělský výzkum. Podle přílohy č.2 nařízení vlády č. 353/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky pro provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší, patří k zařízením pro stájový chov zvířat i takové činnosti, které jsou spojeny s nakládáním se zvířecími exkrementy, včetně ploch pro rostlinnou výrobu. Návazným zařízením pro zpracování zvířecích exkrementů proto může být i kompostárna. Pro všechny zemědělské zdroje znečišťování je platný specifický emisní limit pro amoniak na úrovni obecného emisního limitu ( = 50mg.m -3 ) a specifický emisní limit pro prchavé látky = 50 OUER.m -3. Obecní emisní limit pro prchavé látky pro kompostárny je podle vyhlášky č. 356/2002 Sb OUER.m -3 na výpusti z filtru nebo 5 20 OUER.m -3 na hranici kompostárny. V některých případech dochází v průběhu kompostovacího procesu při rozkladu kompostovaných surovin k uvolňování řady plynů, které způsobují zápach v okolí zakládek. Na trhu je k dispozici řada biotechnologických přípravků, které po doporučené aplikaci podle pokynů výrobců, dokáží zápach podstatně omezit, či dokonce odstranit. Vedle této schopnosti některé z nich stimulují kompostovací proces a dochází tak k snížení četnosti překopávek. Ověření účinnosti biotechnologických přípravků na průběh kompostovacího procesu a produkci plynných emisí z kompostovací činnosti MATERIAL A METODY Měření probíhalo na experimentální kompostárně VÚZT. Kompostárna se nachází v areálu VÚRV na oplocené ploše o rozměrech 60x0 m. V červnu 2004 byl na kompostárně založený experiment, jehož cílem bylo ověřit vliv biotechnologických přípravků na produkci plynných emisí, průběh kompostovacího procesu a kvalitu výsledného produktu. Byla použita technologie kontrolovaného mikrobiálního kompostování v pásových hromadách aerobní řízené kompostování. Pro provedení experimentu byla založena jedna zakládka, která obsahovala tři hromady se stejným surovinovým složením. Hromada byla ošetřena biotechnologickým přípravkem Bio-Algeen G40, hromada 2 sloužila jako kontrolní a hromada 3 byla ošetřena biotechnologickým přípravkem Bakteriokompostér Plus. Každá hromada byla rozdělena na dvě poloviny, z nichž jedna byla vždy přikryta plachtou Top Tex a na každé

2 hromadě probíhalo měření plynných emisí, Měření emisí probíhalo měřicím přístrojem INNOVA MULTIGAS (monitor 32) Multipoint Sampler 309 INNOVA. (JELÍNEK, PECEN, 2002). Byl měřený obsah NH 3, CO 2, CH 4, H 2 S. Měření probíhalo od do Při překopávání kompostu byly měřící čidla z hromad odebrány a po ukončení překopávání (cca,5hod.) znovu nasazeny. teploty a obsahu kyslíku. Teplota kompostu byla měřena digitálním teploměrem se zapichovací sondou firmy Sandberger, obsah kyslíku byl zjišťován měřícím přístrojem firmy ASEKO. Surovinové složení hromad kompostu uvádí tabulka. Schéma rozmístnění a velikosti hromad je uvedeno na obr., schéma měřících míst emisí, teploty a kyslíku na obr.2. Tab.: Surovinové složení hromad kompostu Hromada č. Surovinové složení Objem (m 3 ) Percentuální podíl Obj.hmot. vzorku (kg. m -3 ) Obj.hmot. vzorku (kg. m -3 ).7.04 /2 přikryta /2 nepřikryta Aplikace přípravku Bio- Algeen G40 3l G l H 2 O 58,67 638, Aplikace 3l G l H 2 O 25.6 Aplikace 3l G l H 2 O 28.6 Aplikace 3l G l H 2 O 2 /2 přikryta /2 nepřikryta Hnůj 4 50 Tráva 4 50 Σ 8 00 Kontrolní hromada 482,22 628,33 Hnůj 4 50 Tráva 4 50 Σ /2 přikryta /2 nepřikryta Aplikace přípravku Bakteriokompostér Plus kg přípravku+50l H 2 O Hnůj 4 50 Tráva 4 50 Σ ,67 632,67 HROMADA G40 HROMADA 2 KONTROLA HROMADA 3 Bakteriokompostér Plus 2m 2m 2m 36m Obr. : Rozmístnění a velikost hromad 2

3 X O 6 O X O 5 X O 4 O X O 3 O X O 2 X O Plachta Plachta X - měřící místo teploty a kyslíku O měřící místo emisí Obr. 2: Schéma měřících míst emisí, teploty a kyslíku Popis použitých přípravků Bakteriokompostér Plus je určen pro urychlení kompostování rostlinných odpadů aerobním způsobem. Skládá se ze směsi selektivně adaptovaných mikrobiálních kultur smíchaných s enzymy, emulgátory, kvasnicemi, obsahujícími zejména vitaminy skupiny B a růstové faktory, anorganickými zdroji N a P, zoeletiem působícím jako sorbent a materiál pro upoutání (imobilizaci) v preparátu obsažených živých mikroorganismů a fyziologického faktoru NaCl a mikronutrientů. Přípravek funguje jako startér a urychlovač kompostovacího procesu. Bio-Algeen G40 hydrolyzát hnědé mořské řasy, který dále obsahuje aminokyseliny, peptidy, organické kyseliny, minerální látky, auxiny a vitaminy. Napomáhá rozvoji mikroorganismů, urychluje biodegradační procesy a omezuje emise H 2 S a NH 3. VÝSLEDKY MĚŘENÍ V průběhu kompostovacího procesu probíhalo i vizuální a smyslové hodnocení hromad zakládky. Na hromadě a 2 byl zaznamenán zvýšený výskyt drobných mušek, na hromadě 3 byl jejich výskyt o něco nižší. Teplota dosahovala u všech hromad poměrně nízké hodnoty, pouze u hromady byly v začátcích kompostovacího procesu teploty vyšší. Důvodem je pravděpodobně to, že kompostované suroviny byly již vyzrálé (degradované) a kompostovací proces neprobíhal s tak vysokou intenzitou. Obsah kyslíku byl u všech hromad přibližně stejný a hodnoty byly v průběhu kompostovacího procesu konstantní. Vzorky kompostu byly odebrány při zakládání experimentu a při ukončení kompostovacího procesu. Jejich rozbory byly provedeny v agrolaboratoři VÚZT Praha 6. Výsledky rozborů jsou uvedeny v tab.2 a 3. Na základě agrochemických rozborů vzorků hotového kompostu lze konstatovat, že hromada 3, ošetřená přípravkem Bakteriokompostér Plus a kontrolní hromada 2, se odchylují od požadavků ČSN Průmyslové komposty v jakostním znaku - vlhkost. Kontrolní hromada 2 nesplňuje také požadavek na obsah spalitelných látek. Hromada 3 ošetřena přípravkem G40 vyhovuje ve všech jakostních znacích, kromě hodnoty ph, požadavkům ČSN Průmyslové komposty. Na základě výsledků měření emisí bylo zjištěno, že přípravek Bio-Algeen G40 snížil produkci emisí NH 3 o 72 %, emisí CO 2 o 40 %, emisí CH 4 o 72,28 % a emisí H 2 S o 35,24 % v srovnání s hodnotou, která byla neměřena na hromadě kontrolní (bez aplikace přípravků). Přípravek Bakteriokompostér Plus snížil produkci emisí NH 3 o 66,53 %, emisí CH 4 o 73,89 %, emisí H 2 S o 6,96 %, emise CO 2 se naopak zvýšili o 57 % ve srovnání s hodnotou, která byla naměřena na kontrolní hromadě. Zvýšení emisí CO 2 může být zapříčiněno nesprávnou aplikací přípravku. Průběh hodnot naměřených emisí CH 4 ze dne zobrazuje obr.3. 3

4 koncentrace CH 4 (mg.m -3 ) 80,00 60,00 40,00 20,00 00,00 80,00 60,00 40,00 KONCENTRACE CH 4 KOMPOSTÁRNA VÚZT CH4- [mg/m3] CH4-2 [mg/m3] CH4-3 [mg/m3] CH4-4 [mg/m3] CH4-5 [mg/m3] CH4-6 [mg/m3] CH4-7 [mg/m3] 20,00 0,00 8:00 8:30 9:00 9:30 0:00 0:30 :00 čas (h) :30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 Obr. 3: Graf průběhu hodnot naměřené koncentrace CH 4 ze dne Tab.2.: Agrochemické rozbory kompostu ( , Agrolaboratoř VÚZT) vlhkost spal.látky N 2 ph (% sušiny) Hromada (přípravekg40) 48,83 45,25,97 8,47 Hromada 2 (kontrola) 45,77 42,38,97 8,29 Hromada 3 (přípravek Bakteriokompostér Plus) 53,92 42,63,85 8,38 Jakostní znaky podle ČSN ,0-65,0 min. 25 min. 0,60 6,0-8,5 Tab. 3: Agrochemické rozbory kompostu ( , Agrolaboratoř VÚZT) vlhkost spal.látky N 2 ph (% sušiny) Hromada (přípravek G40) 42,0 36,5,75 8,66 Hromada 2 (kontrola) 33,47 20,72,6 9,02 Hromada 3 (přípravek Bakteriokompostér Plus) 34,45 27,3,58 8,7 Jakostní znaky podle ČSN ,0-65,0 min. 25 min. 0,60 6,0-8,5 Ověření účinnosti biotechnologických přípravků na produkci plynných emisí z kompostovacího procesu s použitím biofiltru MATERIAL A METODY Měření probíhalo také na experimentální kompostárně VÚZT. V září 2004 byl na kompostárně založený experiment, jehož cílem bylo zjistit vliv biotechnologických přípravků na produkci plynných emisí z kompostovaní činnosti s použitím biofiltru. Byla použita technologie kontrolovaného mikrobiálního kompostování v pásových hromadách aerobní řízené kompostování. Zakládka kompostu obsahovala jednu hromadu, která byla přikryta neprodyšnou plachtou. Surovinové složení hromady kompostu je uvedeno v tab. 4. Také bylo prováděno pravidelné měření teploty kompostu a obsahu kyslíku. Teplota kompostu byla měřená digitálním teploměrem se zapichovací sondou firmy Sandberger, obsah kyslíku byl zjišťován měřicím přístrojem firmy ASEKO. Měření emisí plynů procházejících biofiltrem, bylo realizováno měřicím 4

5 přístrojem INNOVA MULTIGAS (monitor 32) Multipoint Sampler 309 INNOVA. Byl měřen obsah NH 3, CO 2, CH 4, H 2 S. Biofiltr byl sestaven z velkoobjemového kontejneru, děrovaného dna, přívodního potrubí a dělících příček. Pro potřeby experimentu byl celý prostor rozdělen na tři komory. Jako náplň komor byla použita dřevní kůra zvlhčená na cca 60%. Náplně dvou komor byly ošetřeny biotechnologickými přípravky Bio Algeen G40 (náplň 2) a Bakteriokomposter Plus (naplň ). Náplň střední komory byla neošetřena kontrolní. Emise plynů byly měřeny na pěti měřících místech, S na hromadě kompostu, S2 v přívodním potrubí kompostu, S3 v komoře biofiltru bez aplikace biotechnologického přípravku, S4 v komoře biofiltru s aplikací biotechnologického přípravku Bakteriokompostér Plus a S5 v komoře biofiltru s aplikací biotechnologického přípravku Bio-Algeen G40. Složení náplní jednotlivých komor biofiltru jsou uvedeny v tabulce 5. Schéma biofiltru a měřících míst plynných emisí je zobrazeno na obr. 4. Tab. 4: Surovinové složení hromad kompost Hromada č. Surovinové složení Prasečí hnůj Tráva Štěpka Objem (m 3 ) Percentuální podíl % Obj.hmot. Vzorku kompostu (kg. m -3 ) 267,62 Tab. 5: Náplň biofiltru Komora Náplň Objemová hmotnost (kg.m -3 ) náplň Dřevní kůra 0,33kg Bakteriokomposter Plus0 l vody náplň 2 Dřevní kůra 0,2 l Bio- Algeen G400 l vody Mezerovitost Vlhkost 328,33 6,68 57,3 333,33 57,85 60,3 kontrola Dřevní kůra bez aplikace- kontrolní 333,33 63,33 60, S S2 S5 S3 S4 NÁPLŇ 2 KONTROLA NÁPLŇ Obr. 4: Schéma biofiltru 5

6 KONCENTRACE CH 4 BIOFILTR koncentrace CH4 (mg.m -3 ) 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 5,00 0,00 5,00 CH4- [mg/m3] CH4-2 [mg/m3] CH4-3 [mg/m3] CH4-4 [mg/m3] CH4-5 [mg/m3] 0,00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 ČAS (h) Obr. 5: Graf průběhu hodnot naměřené koncentrace H 2 S na biofiltru ze dne Tab. 6: Jakostní znaky hotového kompostu (Agrolaboratoř VÚZT) Vzorek Vlhkost Spal.látky N 2 C:N Hotový kompost 35,98 6,2,7 7,87 Jakostní znaky podle ČSN ,0-65,0 min.25 min.0,60 max.30 VÝSLEDKY MĚŘENÍ Výsledky měření prokázaly, že ve srovnání s produkcí plynných emisí z hromady kompostu snížil biofiltr v části, kde byl aplikován Bio-Algeen G40, emise CH 4 o 86,8 %, emise CO 2 o 80,83%, emise H 2 S o 68,46 % a emise NH 3 o 83,20 %. V části biofiltru s aplikací přípravku Bakteriokompostér Plus se snížily emise CH 4 o 42,3 %, emise CO 2 o 48,79 %, emise H 2 S o 23, % a emise NH 3 o 75,5 %. Graf průběhu hodnot koncentrace CH 4 ze dne je zobrazen na obr. 5. Na základě agrochemických rozborů vzorků hotového kompostu lze konstatovat, že vyrobený kompost splňuje ve všech jakostních znacích požadavky ČSN (tab. 6). DISKUSE Významnou úlohu v environmentální politice hraje v současné době Kjótský protokol o klimatických změnách. Biomasa byla dlouho známa jako částečná náhrada za fosilní paliva. Dnes se však otevírá nový pohled na možnosti zastavení klimatických změn. Výraznější úloha je kladena na organickou hmotu fixovanou v půdě. Silnou motivací k používání organických hnojiv je snaha zachytit organický uhlík v půdě (sequestrace) a tak snížit obsah CO 2 v atmosféře. Další potenciální výhodou je, že organická hnojiva zlepšují úrodnost půdy, zvyšují vodní jímavost, snižují výskyt rostlinných patogenů (což vede ke snížení spotřeby pesticidů), snížení půdní eroze. Tyto 6

7 externality se těžko oceňují, ale mohou vést ke značnému snížení spotřeby energie, což může hrát v budoucnu významnou roli. Tato fakta jsou stále více přijímána jako stimul pro environmentální politiku. Sdělení o půdní strategii (Thematic Strategy for Soil Protection) publikované Evropskou komisí zdůrazňuje důležitost sekvestrace uhlíku v půdě. Kontrolované mikrobiální kompostování v pásových hromadách je technologií, která je uplatnitelná zvlášť pro menší zemědělské podniky ale i pro komunitní a komunální kompostárny. Jedním z mnoha problémů, které brání většímu rozšíření této technologie do praxe je zápach ze zakládek kompostu, který je problémem hlavně v případech, kdy je kompostárna situována v blízkosti lidských sídel. Problém je o to větší, že vnímání zápachu a to, co hodnotíme jako zápach, je subjektivní. ZÁVĚR Předložené výsledky výzkumu dokazují, že biotechnologické přípravky je možno využít na snížení emisí plynů NH 3, CO 2, CH 4, H 2 S. Jejích uplatnění je vhodné zejména v případech, kdy z rozličných důvodů není možné zabezpečit správný průběh kompostovacího procesu a tím i snížení zápachu pravidelným překopáváním hromad. Poznatky uvedené v tomto článku byly získány při řešení projektu QF348 Přeměna zbytkové biomasy především z oblasti zemědělství na naturální bezzátěžové produkty, využitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a EU, který je podporovány Národní agenturou pro zemědělský výzkum. Literatura JELÍNEK A., a kol Faremní kompost vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem. Realizační pomůcka pro zpracování podnikové normy, Praha. ISBN: JELÍNEK, A., PLÍVA, P., KOLLÁROVÁ, M., DĚDINA, M., SOUČEK, J.: Využití zbytkové biomasy kompostováním. Praha.ČZU TF. s ISBN: PLÍVA, P., JELÍNEK, A., KOLLÁROVÁ, M., ANDERT, M., VÁŇA, J., VOSTOUPAL, B.: Právní aspekty kompostování. VÚZT. č., 28 s. ISBN: JELÍNEK, A., KOLLÁROVÁ, M.: Monitorování průběhu kompostovacího procesu.. In Zemědělská technika a biomasa. Sborník přednášek, Praha: VÚZT 2004, s ISBN: PLÍVA, P.; a kol.: Přeměna zbytkové biomasy zejména z oblasti zemědělství na naturální bezzátěžové produkty, využitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a EU. Redakčně upravená roční zpráva za řešení projektu č. QF348 za rok 2004; VÚZT, Z JELÍNEK, A., PECEN. J.: Ověření metodiky kontinuálního měření emisí amoniaku z chovů hospodářských zvířat. In: Zemědělská technika s. -6. Zodpovědný autor: Ing. MÁRIA KOLLÁROVÁ, Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 6 0 Praha 6- Ruzyně, Česká republika Tel.: , maria.kollarova@vuzt.cz 7