Monitorování průběhu kompostovacího procesu Ing. Antonín Jelínek, CSc., Ing. Mária Kollárová Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 1. Úvod Pro zajištění správného průběhu kompostovacího procesu a tím i vyrobení kvalitního kompostu je nezbytné jeho systematické a pravidelné monitorování. Monitorování kompostovacího procesu není možné zanedbat ani při technologii řízeného aerobního kontrolovaného mikrobiálního kompostování na malých hromadach. Řízení kompostovacího procesu (překopávání, úprava vlhkosti, příp. inokulace mikroorganismů) se uskutečňuje na základě sledování základních veličin popisujících kompostovaní proces. Kontrolovanými veličinami kompostovacího procesu jsou: teplota kompostu vlhkost kompostu obsah kyslíku v hromadě kompostu test fytotoxicity (řeřichový test) mikrobiální hodnocení kompostu agrochemické hodnocení kompostu monitorování plynných emisí 2. Teplota kompostu Teplota zakládky kompostu je základným měřitelným ukazatelem zrání kompostu, který koresponduje s intenzitou činnosti mikroorganismů. Na základě sledování průběhu teplot kompostu je možné určit termín překopávek, a tak řídit průběh kompostovacího procesu. Jestliže po založení kompostu a první (homogenizační) překopávce teplota nestoupá, nebo po předchozím vzestupu nastává její výrazný pokles, signalizuje to závadu v kompostovacím procesu. Příčina může být ve špatném surovinovém složení zakládky, v nedostatečném zpracování nebo v nevhodné vlhkosti vstupních surovin. Kterákoliv z uvedených příčin znamená zhoršení podmínek pro mikrobiální aktivitu a tím zpomalení, nebo až zastavení kompostovacího procesu. Metodika měření teploty kompostu a) Měřící přístroj Teplota kompostu je zjišťována teploměrem, v dnešní době převážně elektronickým, s digitálním, nebo analogovým ukazatelem, u některých typů s možností datového výstupu. Teploměr musí být vybaven dostatečně dlouhou a pevnou tyčovou zapichovací sondou, kterou je možné zapíchnout do hromady kompostu alespoň do hloubky 1 m pod povrch hromady. Tím je zajištěno změření teploty v celém průřezu hromady. V tab.1 jsou uvedeny teploměry nabízené na našem trhu. Tab.1: Přístroje pro měření teploty kompostu Výrobce Označení teploměru Měřici rozsah Možnost elek.výst. Přesnost měření Hmotnost (g) Rozměry přístroje (mm) délka sondy (mm) Cena bez DPH (Kč) METRA BLANSKO a.s. Technický teploměr vpichovací 0 až +200 C Ne +2% z roz.stupnice 1050 362x120x1522 1500 867,- SANDBERGER GmBh. Digitální teploměr sekundový -50 až +1150 C Ne -20až +550 C <1% +550 C až 920 C <1,5% 150 106x67x30 800 5000,- TESTO s.r.o Praha 5 Zapichovací sonda s datalogerem testostor 175-35 C až +120 C Ano do 50 C+0,5 C nad 50 C 1,2% - 1500 15500,- Comet systém s.r.o Rožnov pod R. Vpichovací sonda+teploměr S021-50 C až 550 C Ano 0,4 C -50až +100 C - 141x71x27 na objednávku 1000) 2400,- DRAMIŇSKI Elektronics in Agriculture Zemědělský tyčový teploměr 0 až +150 C Ne +1 C v celém rozsahu - 1500 (alternativně 2250, 3000) 6700,- (sonda 1,5m) AHLBORN Měřící a regulační technika s.r.o. Sekundový teploměr ALMEMO 2020+čidlo T 123-16+kabel -70 C až 300 C Ne do 200 C 1K od 200 C 2K od 400 c 0,5% z měř.h. 150 60x150x26mm 7 900,-
b) Metoda měření teplot zapichovacím teploměrem Nejčastěji je teplota kompostu zjišťována zapichovacím teploměrem. Při měření je potřeba dodržovat základní zásady: Vpich sondou vést kolmo k povrchu hromady tak, aby mířil do jejího středu podle jejího příčného tvaru (trojúhelníkový nebo lichoběžníkový profil) Po definovaném úseku (je určen z celkové výšky hromady) od povrchu hromady vpich zastavit a odečíst ustálenou teplotu, s vedením vpichu pokračovat až do středu hromady. Vzdálenosti jednotlivých vpichů po horizontále jsou závislé na celkové délce hromady. Jednotlivá měřicí místa na jednotlivých hromadách je nutno označit a toto označení používat po celou dobu jedné zakládky. Pokud měřicí přístroj nemá elektronický výstup, je nutno hodnoty naměřené teploty zapisovat podle označených měřicích míst do tabulky 2. Při opakovaných měření je nutné vždy naměřené hodnoty ze stejného místa zaznamenávat pod stejným označením. Průběh teplot kompostu pro lepší názornost uvádíme graficky (Obr.1 ) Tab. 2: Průběh teplot hromada č. Datum 1 Měřící místo 2 3 Teplota venkovní Překopáno 60 Kompostárna VÚZT průběh teplot kompostu -hromada 1 teplota kompostu teplota venkovní 50 40 teploty 30 20 10 0 5.IX 15.IX 22.IX 29.IX 6.X 14.X 22.X 31.X 11.XI datum Obr.1 :Zapichovací teploměry Obr.2: Graf průběhu teplot kompotu c) Časové intervaly měření teploty během jedné zakládky do 10. dne každodenně v tomto období jsou teploty nejvyšší a je tedy třeba kontrolovat optimální průběh kompostovacího procesu a zda teploty nepřevyšují již zmíněných 65 C. Po této době postupně teplota klesá a pro dodržení hygienizaci je nutné dodržet teplotu celkem 21 dnů nad 51 C. Od 11. dne do ukončení kompostovacího procesu 1x za 3 4 dny 3. Vlhkost kompostu Mikroorganismy obsažené v kompostu potřebuji pro svůj život vodu, proto vlhkost patří mezi parametry, které velkou měrou ovlivňují zdárný průběh kompostovacího procesu. Při nadbytečné vlhkosti dochází k nežádoucím hnilobným procesům. Optimální vlhkost je taková, při níž je 70 % pórovitosti faremního kompostu zaplněno vodou. Pro zakládání kompostu je lepší volit nižší vlhkost vstupních surovin, kterou v případě potřeby upravíme závlahovou vodou. Převlhčenost kompostu se upravuje obtížněji. Metody určování vlhkosti a) Gravimetrická metoda stanovení vlhkosti
Je to laboratorní metoda určování vlhkosti. Využívá se i při kalibraci jiných vlhkoměrů, které pracují na různých fyzikálních principech. Jde o přímé měření, podstatou je oddělení vody od pevné fáze. Obsah vlhkosti (x) v % se vypočítá podle vztahu: x = m. 100 kde: m 1 = úbytek na hmotnosti vzorku sušením (g) m = hmotnost vzorku před sušením (g). 1 m b) Měření vlhkosti surovin přenosnými vlhkoměry Všechny přenosné vlhkoměry měří vlhkost surovin nepřímo, neboť k jejímu určení využívají některou z celé řady vlastností vody obsažené v surovinách a měřením těchto vlastností (např. vodivost, kapacita) pak usuzují na obsah vody v daných surovinách. Výhodou těchto metod je okamžitá znalost výsledku, možnost nedestruktivního měření a mobilnost přístroje, naopak mezi nevýhody patří zejména menší přesnost měření a nutnost kalibrace přístroje. Vlhkoměr pracující na principu měření elektrické vodivosti od firmy Testo je znázorněn na obrázku 3. V současné době probíhá na našem pracovišti jeho kalibrace. c) Orientační zkouška vlhkosti Pro informativní zjištění vlhkosti zrajícího kompostu je možné použít orientační zkoušku vlhkosti. Kompostovanou surovinu je nutno vzít do ruky a pevně zmáčknout. Při optimální vlhkosti by se neměla mezi prsty objevit voda. Při nedostatečné vlhkosti se surovina při otevření pěsti rozpadne. Při nadbytku vlhkosti se při zmáčknutí objeví mezi prsty voda. Obr.3: Vlhkoměr firmy Testo pracující na principu měření elektrické vodivosti 4. Obsah kyslíku v kompostu Důležitým ukazatelem správného průběhu kompostovacího procesu mimo teploty a vlhkosti je obsah kyslíku v mezerách kompostu. Při nedostatku kyslíku klesá mikrobiální aktivita, některé mikroorganizmy vymírají, jiné přecházejí do anabiózy, nebo do anaeróbních metabolických drah. Dochází k zpomalení, někdy až k zastavení kompostovacího procesu, k tvorbě nežádoucích látek a uvolňování amoniaku a metanu. Měření obsahu kyslíku je důležité také pro zjišťování míry biologické stability biologicky rozložitelných odpadů, která se hodnotí pomoci dynamického respiračního indexu (DRI). Přehled některých typů oximetrů uvádí tabulka 2. Tab.3: Přístroje pro měření obsahu kyslíku Výrobce Přístroj Měřící rozsah Výstup displey Přesnost Hmotnost Cena (Kč) ASEKO s.r.o Elektrochemický analyzátor kyslíku 0-21% Ano displey LED +0,1% 1 kg 19 200,- SANDBERGER Testoryt 0-21% Ne 17 890,- GREISNER elektronic GmbH GMH 3690GL 0-100% Ano Displey LCD V rozsahu 0-2% +0,1% V rozsahu 2,1-100% +0,5% 315g 10 440,-
Obr.4: Přístroje pro měření obsahu kyslíku 5. Test fytotoxicity (řeřichový test) Řeřichový test resp. test fytotoxicity je metoda vyhodnocování intenzity rozkladu organických materiálů a zralosti výsledného kompostu, která byla vypracována ve VÚRV pro použití v kompostářské praxi. Jde o biologickou metodu hodnocení fytotoxicity výluhu vzorku indexem klíčivosti citlivé rostliny (řeřichy seté). Velikost fytotoxicity, která je přímým odrazem obsahu toxických meziproduktů vznikajících při aerobním rozkladu organických odpadů, umožňuje kvalitativní ohodnocení intenzity rozkladu, kdy nepřítomnost fytotoxinů ( IK kolem 100%) je ukazatelem zralého kompostu. 6. Mikrobiologické hodnocení kompostu Kromě uvedených znaků organického hnojiva- kompostu je pro podmínky praxe nutné znát i jeho kvalitu- stanovit indikátorové mikroorganismy. Přípustné množství indikátorových mikroorganismů nesmí překročit kriteria daná ČSN 46 5735 Průmyslové komposty (Tab. 4) Tab.4: Mikrobiologická kriteria- jakostní znaky kompostu Kompost Přípustné množství KTJ -1 v 1 gramu faremního kompostu Termotolerantní Enterokoky Salmonella koliformní bakterie Kompost volně ložený < 10 3 < 10 3 nestanovuje se Kompost balený 10 2 10 2 negativní nález 7. Agrochemické hodnocení kompostu Při laboratorních rozborech kompostu se postupuje dle ČSN 46 5735 Průmyslové komposty. Tab. 5 obsahuje přehled jakostních znaků kompostů, které požaduje ČSN Průmyslové komposty a jakostní znaky faremního kompostu vyrobeného na farmě Hucul (Vítkovice v Krkonoších) stanovené Zkušební laboratoří ÚKZUS Praha. Tab.5: Agrochemické hodnocení kompostu (Zkušební laboratoř ÚKZUS) ZNAK JAKOSTI HODNOTA PODLE ČSN 46 5735 ZJIŠTĚNÁ HODNOTA Vlhkost (%) 40-60 50,0 Spalitelné látky ve vysuš. vzorku (%) min. 25 42,2 Celkový dusík jako N přep. na vysuš. vzorek (%) min. 0,6 1,6 Celkový fosfor jako P 2 O 5 ve vysuš. vzorku (%) min. 1 1,2 Draslík jako K 2 O ve vysuš. vzorku min. 1 1,1 Hodnota ph 6-8,5 7,2 C:N max. 30 10 Obsah částic nad 20 mm (%) max. 2 0,0 Obsah částic nad 31,5 mm (%) max. 2 0,0
8. Monitorování plynných emisí Při procesu zrání kompostu unikají do ovzduší plynné emise. Jedná se o emise N 2 O, NO, NH 3, CH 4, CO, CO 2, H 2 S. Obsah plynných emisí se mění podle jednotlivých surovin použitých do zakládky kompostu a podle stadia kompostovacího procesu. Na obr. 5 je měřící přístroj Brüll&Kjaer, který je na našem pracovišti využíván nejen na měření emisí ze zemědělské činnosti, ale i na měření emisí z kompostovacího procesu. Pomocí přístroje lze monitorovat emise NH 3, CH 4 CO 2, H 2 S a obsah vodní páry. Při experimentech bylo zjištěno, že na 1 t sušiny kompostu je při klasickém způsobu kompostování (doba kompostování cca 12 měsíců, 2x překopávka) vyprodukováno 6 kg metanu za rok. Při rychlokompostování, při kterém je kompost vyroben za 8-12 týdnů a provedeno cca 8 překopávek, se množství vyprodukovaného metanu sníží o polovinu, tj. na 3 kg za rok. Obr. 5: Přístroj pro měření emisí Obr.6: Měření emisí z biofiltru (experimentální kompostárna VÚZT) 9. Závěr Kompostování je nejstarší a ekonomicky nejpřijatelnější technologie proměny zbytkové biomasy na kvalitní organické hnojivo- kompost. Pro dodržení všech legislativních podmínek kompostování a pro výrobu kvalitního produktu je nevyhnutelné, aby byl kompostovaní proces procesem řízeným. Řízení kompostovacího procesu není možné bez jeho pravidelného a systematického monitorování. V běžné praxi se jedná hlavně o monitorování teploty, vlhkosti a o agrochemické a chemické hodnocení kompostu podle požadavků ČSN 46 5735 Průmyslové komposty. Na základě vzrůstajícího trendu hodnocení biologické stability biologicky rozložitelných odpadů podle DRI (dynamický respirační index) lze očekávat zvýšení potřeby monitorovat i obsah kyslíku v kompostě. Mikrobiální řízené kompostování je také jednou z možností, jak výrazně snížit nepříznivý vliv organické zbytkové biomasy na životní prostředí. Proces mikrobiálního řízeného kompostování je však hlavně v první části provázen vznikem zátěžových a skleníkových plynů. Snížení úniku těchto plynů do atmosféry dává předpoklad k širšímu rozšíření této technologie. Poznatky uvedené v tomto článku byly získány při řešení projektu QF 3148 "Přeměna zbytkové biomasy zejména z oblasti zemědělství na naturální bezzátěžové produkty, využitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a EU a QD 0008 "Výzkum technologií chovu prasat a drůbeže snižujících emise amoniaku negativně ovlivňujících životní prostředí a QF 3140 "Omezení emisí skleníkových plynů a amoniaku do ovzduší ze zemědělské činnosti, který jsou podporovaný Národní agenturou pro zemědělský výzkum. 10. LITERATURA 1. Jelínek, A. a kolektiv autorů: Faremní kompost vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem. Realizační pomůcka pro zpracování podnikové normy, Praha 2002, ISBN: 80-238-8539-1 2. Petr Plíva, Antonín Jelínek: Výzkum snížení emisí zátěžových plynů procesem řízeného mikrobiálního kompostování. Biom.cz, 7.7.2003, http://biom.cz/index.shtml?x=139831 3. Fabrizio Adani, Jan Habart: Biologická stabilita, dynamický respirační index a jeho uplatnění v odpadové hospodářství. Biom.cz, 1.9.2003, http://biom.cz/index.shtml?x=144850
Kontaktní adresa: Ing. Antonín Jelínek, CSc Výzkumný ústav zemědělské techniky, odbor ekologie zemědělských technologických systémů, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Telefon 233022398, e-mail antonin.jelinek@vuzt.cz Ing. Mária Kollárová Výzkumný ústav zemědělské techniky, odbor ekologie zemědělských technologických systémů, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Telefon 233022457, e-mail maria.kollarova@vuzt.cz