Ugrás a tartalomhoz

Komposztálás, biogáztermelés

Dr. Kocsis István (2011)

Szent István Egyetem

2. fejezet - Szerves hulladékok hasznosításának és mikrobiológiai kezelésének szükségessége

2. fejezet - Szerves hulladékok hasznosításának és mikrobiológiai kezelésének szükségessége

Bevezetés

Mielőtt megismernék a házi (kerti) és közösségi komposztálás során alkalmazható különböző „létesítményeket” a komposztálás menetét, a felhasználás módját – ismereteket kapnak annak szükségességére.

Az emberi lét egyik legáltalánosabb kísérő jelensége a hulladékok képződése. Az elmúlt évtizedek műszaki, gazdasági fejlődése, a fokozódó urbanizáció következtében rendkívüli mértékben megnőtt a hulladékok káros hatásai elleni védelem jelentősége, amely ma már a környezetgazdálkodási tevékenység egyik kiemelt feladatkörének tekinthető

A hulladékok környezetkárosító hatásának felismerése mellett egyre nyilvánvalóbbá vált a hulladékok szerepe a természeti erőforrásokkal való ésszerű gazdálkodásban, valamint az anyag- és energiagazdálkodásban. Világszerte növekvő gond az anyag- és energiatakarékos gazdaság kialakítása, amely törekvés jelentős kihívás a hulladékgazdálkodás számára

A hulladékgazdálkodással kapcsolatos környezetvédelmi problémák alapvetően két területre koncentrálnak: a meg nem újítható természeti erőforrások megőrzése és a környezetszennyezés elkerülése.

Az emberiség környezetre gyakorolt hatása az Ipari Forradalom óta fokozatosan növekszik, és ez negatív irányú változásokat eredményez. A növekvő népességgel párhuzamosan a jelenlegi gazdasági rendszerek a termelés és a fogyasztás fajlagos növelését ösztönzik.

Ennek szükségszerű velejárója környezetünk hatványozott igénybevétele (Az ipari termelés, ill. az azt igénylő fogyasztás következtében felborult a természetes, zárt ökológiai rendszer, a talajba, a vízbe és a levegőbe jutó anyagok nagy részét a természet nem tudja feldolgozni.)

Követelmények

  • Ismerje az Európai Unió direktíváit a témával kapcsolatban!

  • Tudja megfogalmazni a növényi hulladékok kémiai összetevőit!

  • Ismerje a komposztálás nyersanyagait alkotó fontosabb vegyületek mikrobiológiai bonthatóságát!

Az emberiség környezetre gyakorolt hatása az Ipari Forradalom óta fokozatosan növekszik, és ez negatív irányú változásokat eredményez. A növekvő népességgel párhuzamosan a jelenlegi gazdasági rendszerek a termelés és a fogyasztás fajlagos növelését ösztönzik.

Ennek szükségszerű velejárója környezetünk hatványozott igénybevétele. (Az ipari termelés, ill. az azt igénylő fogyasztás következtében felborult a természetes, zárt ökológiai rendszer, a talajba, a vízbe és a levegőbe jutó anyagok nagy részét a természet nem tudja feldolgozni.)

A hulladékok keletkezésének megelőzése (a keletkező hulladékok mennyiségének és veszélyességének csökkentése, hasznosítása, feldolgozása, illetve a nem hasznosítható hulladékok ártalmatlanítása csökkenti a természeti erőforrások igénybevételét, valamint az elhasználódott anyagok hulladék formájában a természetbe való visszakerülését, továbbá eredményesen segíti a gazdaság hatékonyságát.

Mindezek a gondolatok visszatükröződnek a hulladékgazdálkodásról szóló 2000. évi XLIII. törvényben. A törvény összhangban az Európai Unió direktíváival:

  • a fenntartható fejlődés, a jövő generációk létfeltételeinek, lehetőségeinek biztosítása;

  • az energia- és nyersanyagfogyasztás mérséklése, a felhasználás hatékonyságának növelése, a hulladék mennyiségének csökkentése;

  • az emberi egészség, a természeti és épített környezet, hulladék okozta terhelésének mérséklése érdekében született.

A törvény célul tűzte ki a települési szilárd hulladékok lerakással történő ártalmatlanítása során a biológiailag lebomló szerves anyag ütemezett csökkentését:

  1. 2004. július 1. napjáig 75%-ra,

  2. 2007. július 1. napjáig 50%-ra,

  3. 2014. július 1. napjáig 35%-ra.

Az Országos Hulladékgazdálkodási Terv alapján a mező- és erdőgazdaságban (közel 30 millió tonna növényi maradvány, melléktermék, nyesedék, erdészeti apríték), valamint az élelmiszeriparban (5 millió tonna), összesen évente mintegy 35 millió tonna hasznosítható biomassza képződik. Ehhez jön még az évente keletkező 287 ezer tonna állati (húsipari, vágóhídi) hulladék, valamint a 45 ezer tonna állati tetem.

1995-ben a 4,5 millió tonna települési szilárd hulladéknak 35%-át tette ki a biohulladék és 17%-át a papírhulladék, ami összesen 2,34 millió tonna biológiailag lebomló hulladékot jelent. Ennek megfelelően 2004-ben maximum 1,76; 2007-ben 1,17; 2014-ben 0,82 millió tonna szerves hulladék rakható le.

A becsülhető hulladékképződés alapján – feltételezve, hogy a képződési arányok nem változnak – ez az jelenti, hogy fokozatos fejlesztéssel rendre mintegy 500, 960 és 1340 ezer tonna bio- és zöldhulladék, illetve 240, 470 és 650 ezer tonna papírhulladék elkülönítését és feldolgozását kell megoldani.

A becsülhető hulladékképződés alapján – feltételezve, hogy a képződési arányok nem változnak – ez az jelenti, hogy fokozatos fejlesztéssel rendre mintegy 500, 960 és 1340 ezer tonna bio- és zöldhulladék, illetve 240, 470 és 650 ezer tonna papírhulladék elkülönítését és feldolgozását kell megoldani.

Ehhez adódik még mintegy 1,1-1,5 millió tonna kommunális és 150 ezer tonna élelmiszeripari szennyvíziszap, melyek szintén magas szervesanyag-tartalommal rendelkeznek.

A képződött hulladékok hasznosítása nemzetközi összehasonlításban meglehetősen alacsony. Az ipari nem-veszélyes hulladék hasznosítása nem éri el a 30%-ot, a veszélyes hulladéké a 20%-ot, míg a közszolgáltatás keretében begyűjtött települési szilárd hulladéknak csak alig 3%-a, a begyűjtött települési folyékony hulladéknak és a szennyvíziszapnak közel 30-40%-a kerül hasznosításra.

Így összességében – a mezőgazdasági növényi maradványok visszaforgatását nem számítva – a hasznosítás mértéke a 30%-ot sem éri el.

A biológiai úton lebontható növényi és állati hulladék lerakását gyakorlatilag teljes egészében meg kell szüntetni, és ennek érdekében a talajba közvetlenül vissza nem forgatható hulladék kezelésére komposztáló, biogáz-előállító és felhasználó, illetve bioenergia hasznosító létesítményeket kell kialakítani.

E létesítményekben kell megoldani az élelmiszeripari hulladék kezelését is.

A rohamosan urbanizálódó fogyasztói társadalmak számára mind nagyobb környezeti és technológiai kihívást jelent a felhalmozott hulladékok kezelése. A fejlett ipari társadalmak fokozódó környezetterhelése miatt egyre több környezeti probléma jelentkezik.

A „fenntartható” fejlődés gazdasági stratégiájának célja: a természeti erőforrások fokozott védelme, a felhasznált anyagok és energia körforgásának egyik legjobb megoldása.

A biológiai hulladékok újrahasznosítása komposztálással

A biológiai hulladékok újrahasznosításának leggyakoribb módja a komposztálás. A 3. ábrán látható, hogy milyen mennyiségű és minőségű települési szerves hulladék keletkezik évente; a közterületen keletkező hulladékokat az 1. táblázat mutatja be.

3. ábra. Települési szerves hulladék. 200-250 kg/fő/év

1. táblázat. A közterületi hulladékok keletkezésének ideje az év során

A növényi hulladékok kémiai összetevői

A fás és lágyszárú növények hulladékai alkotják a komposztálásban résztvevő anyagok körét, ahhoz, hogy megértsük az összes szerves anyagon belül a C minőségi különbségeit, ismernünk kell a sejtfal kémiai alkotóit.

1. A fa kémiai alkotórészeit vázlatosan a következő módon osztályozzuk (2. táblázat):

2. táblázat. A sejtfal legfőbb komponensei fa esetében

A különböző fafajok ugyanazokat az anyagokat tartalmazzák, csak más-más arányban.

  • Cellulóz 40-50%

  • Hemicellulóz 15-30%

  • Lignin 20-25%

  • Extraktanyagok 5-10%

  • Vízoldható komponens 5-10%

2. A lágyszárú növények kémiai összetétele a következő:

  • Cellulóz 25-32%

  • Hemicellulóz 15-25%

  • Lignin 5-10%

  • Extrakt anyagok 15-16%

  • Fehérje 3-6%

A lágyszárú növényekben a növény kora gyakorol leginkább hatást kémiai összetételére. Ezt a 4. ábra mutatja be.

4. ábra. A sejtfal és sejttartalom, valamint ezek alkotórészeinek változása a növény fejlődése során

Az ábráról leolvasható, hogy a szénhidrátok mennyisége növekszik a növényfejlődése során, míg az ásványi anyagok, a lipidek és a fehérjék mennyisége csökken.

A növények egész szénhidrátrészét holocellulóznak nevezzük. A holocellulóz tartalmazza a pentozánokat, a hexozánokat a poliuronsavakat.

A holocellulóz összmennyisége a tűlevelűeknél 60-70%, a lombos fáknál 72-78%, a füveknél 30-55% között mozog.

Mérések szerint a gyepkeverékek összes szénhidrát tartalma, vagyis holocellulóz tartalma, jelentősen eltér egymástól. A különböző komposzt alapanyagot szolgáltató fák és füvek alkotórészei közül legfontosabb a cellulóz, a pentozánok és hexozánok, melyek magasabb szénhidrátok.

A lignin szerkezete miatt az aromás vegyületek közé tartozik. A cellulóz legtöbb növényi szervezet sejtfalaiban megtalálható. A fiatal levelekben kb. 10%, a fenyő tűlevelekben 29%, az idősebb levelekben 20%. A kukoricaszár mintegy 30%-ot, a búzaszalma 34%-ot, a napraforgó maghéja 33%-ot tartalmaz.

A cellulóz szilárdsága molekulasúly függő. Az összes kis szilárdságú cellulózféleségeket az jellemzi, hogy viszonylag nagy mennyiségben tartalmazzák a 200 polimericiós fokig terjedő kis molekulájú frakciókat és kis mennyiségben a 600-nál nagyobb polimerizációs fokú, nagy molekulájú frakciókat. A gyenge cellulózból teljesen hiányoznak az 1200-nál nagyobb polimerizációs fokú frakciók.

A nagy szilárdságú cellulózra jellemző, hogy nagy mennyiségben (75%-ig) tartalmaz 600-nél nagyobb polimerizációs fokú nagy molekulájú frakciókat. Az 1200-nál nagyobb polimerizációs fokú frakciók mennyisége eléri a 20%-ot. (A cellulóz oldatok viszkozitása a vizsgálatok alapján a leggyakoribb módszere a molekulatömeg meghatározásának.)

A rostos cellulóznak igen nagy a fajlagos felülete. Vizes és nem vizes oldatokban is a cellulózrostok felülete elektromos töltést nyerhet. Ha a cellulóz, vízzel illetőleg egy vagy két vegyértékű ionokat tartalmazó vizes oldatokkal kerül érintkezésbe, negatív töltésű lesz. A cellulóz felületén kialakult töltéssűrűség főként a kísérő anyagok mennyiségétől függ. Minél tisztább a cellulóz, annál kisebb a kationokkal szemben támasztott kationcserélő kapacitás.

(Már 1834-ben megfigyelték, hogy a gyapot cellulóz képes a sóoldatokból kationokat adszorbeálni és leadni. A víz erélyes hevítéskor a cellulóz hidrolízist idézi elő. A túlhevített vízgőz hatására megnő a kezelt anyagban a monoszaharid mennyisége.)

Nagy változást szerveznek a pentozánok, sőt a lignin is. A fából forró vízzel kivonható anyagok a következők:

  • ásványi sók,

  • cserző anyagok,

  • cukrok,

  • keményítők,

  • pektinek,

  • egyes hemicellulózok és

  • festékek.

A hemicellulózban lévő szerves savak elősegítik a hidrolízist. A különböző fafajok 0,3%-tól, nyírfa 14,2%-ig tartalmaznak forró vízben oldható anyagokat.

A cellulóz vízzel való érintkezése - főleg ha magasabb hőmérsékleten történik - gyorsítja a természetes bomlást. Ez a hatás alárendelt jelentőségű a mikroorganizmusok által okozott bomlás mellett. A gombák és baktériumok által felhasznált összes oldhatatlan szerves anyag a hidrolizáló enzimek hatására előzetesen oldható vegyületté alakul.

A mikroorganizmusok a cellulózt azáltal képesek bontani, hogy specifikusan ható hidrolizáló enzimet választanak ki magukból (pl. termofil baktériumok).

A hulladéklerakóba sok nehezen bontható szerves anyag is kerülhet egy időben. Ha ezt komposztálással akarjuk feldolgozni, akkor azzal számolhatunk, hogy komposztprizmában a lezajló folyamatok lassúak lesznek. Ennek az az oka, hogy a sikeres komposztáláshoz szükség van a vízoldható C-re, ami a kémiailag könnyen bomló szénhidrátokat (glukóz, fruktóz stb.) jelenti. A C/N tartalom szükséges, de nem elégséges feltétele a sikeres komposztálásnak.

Szükség van a szénforrás minőségének ismeretére is. Az egyszerűbb cukrok mennyisége teremti meg azt a hőt, amelynek során a kazal hőmérséklete eljut a mezofil és termofil fázisba, ahol a cellulóz bomlása lesz a fő energiaforrás. Magasabb hőfokon bontó mikrobák a szénláncok széthasításával állítanak elő egyszerű cukrokat, amelyek az energianyerés forrásai.

A könnyen bomló cukrok jelentőségére jó példa a szőlőtörköly komposztálása. A szőlőcukrot tartalmazó friss törköly bomlása gyors, míg a szőlőcukrot nem tartalmazó régi törköly bomlása lassú és vontatott. A komposztkazalba kerülő szerves anyag keveréknek olyannak kell lennie kémiai értelemben, hogy legyen benne könnyen, közepesen és nehezen bomló szénvegyület egyaránt.

A komposztálás nyersanyagait alkotó fontosabb vegyületek mikrobiológiai bonthatóságát a 3. táblázat mutatja be.

3. táblázat. A komposztálás nyersanyagait alkotó fontosabb vegyületek mikrobiológiai bonthatósága

Összefoglalás

Közterületről, kertekből, fogyasztásból különböző mennyiségű szerves hulladékok kerülnek egy adott tárolótérbe, aminek a feldolgozásáról gondoskodni kell. A szerves hulladékok fajtái fizikai és kémiai tulajdonságban különböznek. Eltér a szárazanyag-tartalmuk, C-tartalmuk stb. Különösen nagy a különbség a szénhidrátok szerkezetében, ez azért lényeges, mivel egészen más ütemben bomlik a lignin, a cellulóz, a pektin, a glükóz. A C/N arány eltérés lényegesen befolyásolja a komposztálhatóságot. Nagyon lényeges, hogy a biológiailag bomló szerves anyagot szelektíven gyűjtsük, ne legyen benne üveg vagy műanyag. Amennyiben benne vannak a biológiailag nem bomló anyagok megnehezül a komposztálás, ezeket célszerű előválogatást követően eltávolítani.

A komposztálható anyagokat az 5. ábra mutatja.

5. ábra. Komposztálható anyagok

Ellenőrző feladatok

Jelölje az igaz állításokat!

  1. A glükóz lassabban bomlik, mint a lignin.

  2. A cellulóz szénhidrát vegyület.

  3. A burgonyában kevesebb a fehérje, mint a keményítő.

  4. A fából forró vízzel kivonható anyagok a következők: ásványi sók, cserző anyagok, cukrok, keményítők, pektinek, egyes hemicellulózok és festékek.

  5. Az idősebb levelekben kevesebb a lignin.

  6. A rostos cellulóznak nagy a fajlagos felülete.

  7. A keletkező települési szerves hulladék 200-250 kg/fő/év.

  8. A települési hulladék kb. 30-40%-a biológilag bomló szerves anyag.

  9. A papír 10%-ban tartalmaz cellulózt. 10. A polietilén biológiailag nem bomlik.