Ugrás a tartalomhoz

Komposztálás

Fazekas Bence, Pitás Viktória, Dr. Thury Péter, Dr. Kárpáti Árpád (2011)

1.2 Energia visszanyerése hulladékokból

1.2 Energia visszanyerése hulladékokból

A szerves anyag energiatartalma hasznosításának három alapvető útja lehetséges:

- a szerves anyag és tápanyagtartalma közvetlen, vagy komposztálást követő talajba-vitele,
- a szerves anyag átalakítása energiává közvetlen égetéssel, metanizációval vagy pirolízissel,
- a szerves anyag, mint pl. a papír és műanyagok közvetlen visszaforgatása a termelésbe.

Mindegyik újrahasznosítási lehetőség igen értékes. Az elsőt részletesebben említették az eddigiek. A biomassza közvetlenebb energetikai felhasználása ugyan folyamatos cél, de a kutatás mindenkori eredményei függvényében több-kevesebb sikerrel kerül csak megvalósításra. A realizálást egyidejűleg a világ mindenkori olajellátottsága is befolyásolja. A közvetlen újrafelhasználás, termelésbe történő visszaforgatás látszik azonban a legkedvezőbb megoldásnak az anyag és energiatakarékosságot is figyelembe véve. Hogy azonban a három lehetőség közül adott esetben melyik az igazán kedvező, azt mindig a hulladék összetétele és egyéb jellemzői, s maga a technikai, gazdasági környezet határozza meg

A viszonylag száraz hulladékoknak, mint a lakossági szemét és fa-hulladékok, legkedvezőbb az égetéssel történő hasznosításuk. A pirolízis és elgázosítás ezen belül ígéretes megoldás. Esetenként az ilyen alapanyagok előzetes válogatása, szeparálása még kedvezőbbé teheti a termikus újrahasznosítást. Ahogy a hulladék nedvességtartalma nő, a termikus hasznosítás hatásfoka egyre csökken. Az égés önfenntartásához a nedvességtartalomnak 60-70 % alatt kell lennie. Pontos értéke azonban a szerves anyag típusától (égéshő, fűtőérték), és a fűtőberendezések típusától is függ. Ha a hulladék iszap-szuszpenzió, az energia visszanyerés egyetlen lehetséges módja az anaerob rothasztás. Mit célszerű azonban tenni az utóbbi maradékával, vagy más túl nedves szerves hulladékokkal, melyek égetése nem lehet gazdaságos. Korábban természetes tüzelőanyagok hozzáadásával próbálták azokat elégetni. A fűtőanyag igény, valamint a bonyolult égető berendezés igénye azonban az ilyen megoldást kedvezőtlenné teszi.

A nagy nedvességtartalmú anyagok újrafelhasználása, elhelyezése mindig gondot jelent. Közvetlen talajba történő injektálásuk ugyan kedvezőnek tűnik, de az rendszerint csak a kevésbé lakott, megfelelő talaj-adottságokkal rendelkező területeken lehetséges. A komposztálás kedvező sajátsága, hogy a nedves alapanyagból kényelmesebben kezelhető, hasznosítható maradékot termel. A komposztálás egyidejűleg stabilizálja a rothadó-képes szerves anyagokat, nagymértékben csökkenti azok patogén szervezet tartalmát, továbbá szárítja, kezelhető formájúvá alakítja az anyagot. Mindezek a nyereségek minimális külső energia felhasználásával biztosíthatók. Leegyszerűsítve akár újrafelhasználásra vagy elhelyezésre alkalmas szárított termék előállításának is tekinthető igen változatos alapanyag felhasználás mellett is. A komposztálás egyidejűleg meglehetősen rugalmas technológia.

A komposztálás a fentiektől függetlenül a jövőben is az integrált hulladék-gazdálkodásnak csak egy része lehet. A jó minőségű szerves anyagok, mint a kartonpapír, újságpapír visszaforgatása a gyártásba hosszú távon elsődleges lesz. A műanyaghulladékok kérdésében azok sokrétűsége miatt már nem ilyen egyértelmű a helyzet. Azoknak az elégetése jelentős energianyereséget jelenthet, de a klórozott polimer származékok az égetésnél komoly hátrányt okoznak.

A faanyagok, száraz mezőgazdasági hulladékok, mint a szár-anyagok és a lakossági szemét ilyen, szárazabb részei, nagyon alkalmasak közvetlen eltüzelésre. A nagyobb nedvességtartalmú anyagok ezzel szemben a komposztálás vonalán hasznosíthatók kedvezőbben. Ez persze nem jelenti azt, hogy éles határ lenne a nedves és száraz állapot között. Ugyancsak nem minden szárazanyag javasolható tüzelésre a jelentkező berendezésigény és környezetszennyezés, netán a lakossági tiltakozás miatt. Mindegyik megoldás adott esetben optimális lehet, de úgy tűnik, a komposztálás nagyon sokféle hulladék, különösen a nedves, de esetenként a por formában jelentkező száraz anyagoknál is, szerencsésen alkalmazható újrafeldolgozás. Erre vonatkozóan a rendelkezésre álló hulladékmennyiségek sem jelentenek korlátozást. Valószínűsíthető, hogy a kis és nagyobb méretű komposztáló egységek, telepek is hosszú időre elláthatók kellő alapanyaggal a jelenleg még problémát jelentő hulladékcsökkentés érdekében.

1.2.1 A nedves alapanyagok problémája

A lakossági és ipari szennyvizek iszapmaradékainak közvetlen komposztálása azért jelent problémát, mert azok nedvességtartalma 70-80 % közötti. Ez olyan nagy víztartalom, ami a komposztálás hőmérsékletének emelkedését vagy szabályozását többnyire ellenőrizhetetlenné teszi. A komposztálás termodinamikájának ismerete és számbavétele ezért a nagyüzemi komposztálás esetében mindenképpen elengedhetetlen.

Alapszabály, hogy minél nagyobb az alapanyag (szerves anyag) nedvességtartalma, a komposzthalomban, komposztprizmában annál nagyobb szabad levegőtérfogatnak kell lennie a megfelelő levegőztetés biztosítására. A víztelenített iszap ehhez közvetlenül nem megfelelő termék, mert vagy pasztaszerű, szabad levegőtérfogat nélkül, vagy saját súlya alatt ilyen anyaggá tömörödik. A nagy nedvességtartalom és a porozitás hiánya, a sűrűsödésre való hajlam miatt az ilyen szennyvíziszapot a komposztálás előtt, vagy annak folyamatában vízteleníteni, a kívánt nedvességtartalomig elő kell szárítani, hogy abból megfelelő minőségű, állagú, értékesíthető termék legyen előállítható. Napjainkra a probléma áthidalására sokféle megoldást, technológiát, technikát fejlesztettek ki a szennyvíziszapok komposztálására.

Nedves alapanyagok esetén a tervezőnek/üzemeltetőnek megfelelően be kell állítania az alapanyag fizikai állapotát (nedvességtartalom, fajtérfogat, szabad gáztérfogat-hányad), valamint annak biológiailag hasznosítható energiatartalmát. Hasonlóképpen biztosítania kell a folyamatban a megfelelő levegőellátást az oxidációhoz, valamint a komposztálódó anyag szükséges nedvességtartalmának csökkentésére. A komposzt környezeti hatásoktól történő védelme szintén meghatározó lehet, különösen a csapadékosabb térségekben, időszakokban. Bár a víztartalom és energiaellátottság a nedves alapanyag komposztálásának meghatározó kérdése, a szennyvíziszapok számos előnyt is jelentenek a komposztálásnál. Rendszerint kellően homogének és nem kívánatos darabos szennyező anyagoktól mentesek. Rendszerint az összes, komposztáláshoz szükséges tápanyagot (N, P, mikroelemek) is kellő mennyiségben tartalmazzák, és a víztartalom beállításán túl minimális előkezelést, vagy utókezelést igényelnek a kereskedelmi termék előállításához.

1.2.2 A száraz alapanyagok problémája

Az előzőek után úgy tűnhet, hogy az ott felsorolt legtöbb probléma elkerülhető. Sajnos egyáltalán nem így van. A száraz anyagoknak is megvannak a maguk felhasználhatósági határai. A száraz hulladékok, mint a mezőgazdasági maradékok, lakossági és kerti hulladékok, nagyon heterogének és többnyire szükségessé teszik az alapanyag válogatását, kezelését, mind a komposztálás előtt, mind azt követően az értékesíthető termék biztosítása érdekében. Az ilyen hulladékok tápanyagtartalmának, különösen a hasznosítható nitrogéntartalmának a hiánya, ami a lebomlásnál azután a biológiai folyamatok lelassulását is eredményezheti, általános. Esetenként azok aprítása is szükséges lehet a komposztálandó anyag homogenitása érdekében, hogy lebomlási sebessége gyorsabb, egyenletesebb legyen. Végül esetenként nedvesítésükre is szükség lehet az átalakítás során, mert a nedvességtartalom ugyancsak limitáló tényező a mikroorganizmusok aktivitásában.

Gyakran alapvető eltérések adódhatnak a látszólag hasonló alapanyagoknál is. A kerti hulladékok esetében a füvet és a faleveleket gyakran együtt gyűjtik és komposztálják. Ugyanakkor arányaik meghatározóak a folyamat sebességére, egyensúlyára. A levelek megfelelően jó mechanikai stabilitással rendelkeznek, jó szerkezetű keveréket képeznek. Ugyanakkor nagyon lassan bomlanak, és friss állapotban maradnak még hosszabb tárolási időszakot követően is. Tápanyagtartalmuk (N) többnyire kedvezőtlen. Esetenként a jobb lebomlás érdekében még aprítani is célszerű a leveleket. A fű ugyanakkor nyersen túlzottan tömörödik. Nedvesen a lebomlása ugyanakkor rendkívül gyors, gyakran jobb, mint a nyers szennyvíziszapé. Ennek következtében a fű, fűcsomók gyakran berothadnak, és szaghatást eredményeznek, még akár mielőtt elérnék a komposztáló telepet. Nedvesen nem tárolhatók anélkül, hogy ne büdösödjenek, ezért nagyon gyorsan be kell dolgozni a nyersanyagba. A fűnek nagyon nagy a nitrogéntartalma is, ami a lebomlásakor nitrogénveszteséget és célszerűtlen gázszennyezést (NOx) is eredményezhet. A két kerti hulladék ezért igen eltérő a feldolgozhatóságát illetően.

Valamennyi potenciális komposzt-alapanyagnak megvannak a saját különlegességei, amit a tervezőnek, üzemeltetőnek pontosan kell ismernie. Alapszabály ezért, hogy a tervezésnek és az üzemeltetésnek is egyaránt meghatározója az alapanyagok és azok tulajdonságainak, lebonthatóságának az ismerete.

1.2.3 Termékminőségi előírások

Az alapanyag jellemzőinek ilyen fontossága esetén egyértelmű, hogy az előállítandó termék minőségét is hasonlóan behatárolják. Ez elsődlegesen a lakosság egészségvédelmét és a környezet minőségbiztosítását kell, hogy szolgálja a kereskedelmi termékek minőségi követelményein keresztül. A közegészségi kockázat a komposztálási technológiából a humán patogén szervezetek, levegőbe kerülő spórák és vírusok jelenlétéből adódik. A patogén kórokozók az alapanyaggal érkeznek a feldolgozásra, ahol a táptalajon szükségszerűen szaporodni tudnak. A komposztálás során azonban elszaporodhatnak a környezetre kedvezőtlen spóraképző gombák is. Ezek a kórokozók természetesen a hő hatására nagyrészt elpusztulnak. Jelenlétük, gyakoriságuk azonban a kész komposzt minősítésének egyik paramétere.

A nehézfémek és kis mennyiségben jelenlévő nem bontható veszélyes szerves anyagok a komposzt-termékkel a növényen keresztül a táplálékláncba kerülhetnek. Ezeknek az emberekre, állatokra és növényekre gyakorolt toxicitása ugyancsak pontosítandó. Legtöbb állami szabályozás az ilyen szennyezők mennyiségét határértékekhez köti. Ilyen szennyezők többnyire az alapanyagokkal, elsődlegesen a szennyvíziszappal kerülnek a technológiába. Ettől függetlenül a komposztálás a velük túlzott mértékben szennyezett iszapok feldolgozására is javasolható. Az ilyen anyagok biológiai stabilizálását azonban célszerű a jó minőségű, kereskedelmi termék előállításra alkalmas alapanyagokétól elkülönítve végezni.

Talán éppen a nehézfém és mérgező anyagok kizárása érdekében az állati eredetű trágyák komposztálását a gyakorlat a szennyvíziszapokétól szeparáltan végzi. Erre persze az is célszerű lehetőséget biztosít, hogy mindegyik keletkezési helye egyértelműen behatárolt és egymástól távoli.

Annak ellenére, hogy az áttekintő kimondottan a szennyvíziszapok komposztálási lehetőségére koncentrál, azok határértékeit nem kívánja részletes bemutatni, hiszen erre csaknem valamennyi, a tárgykörrel foglalkozó kiadvány részletesen sort kerít. Ugyanígy nem tér ki a különböző szerves szennyező-anyagok részletezésére, korlátozására sem, mivel azok viszont kommunális szennyvíztisztítók iszapjaiban a határértékek közeli koncentrációkban egyáltalán nem fordulnak elő. Ugyanez igaz a szennyvíziszap komposztálás segédanyagaként szóba-jöhető erdészeti, mezőgazdasági, esetenként élelmiszeripari hulladékokra is.

A kereskedelmi komposzt terméknek ugyanakkor sok olyan minősítő jellemzője van, melyek a közegészségi, vagy környezeti hatásukkal egyáltalán nem állnak összefüggésben. Ilyenek a szín, szemcseméret, gyommagvak jelenléte, egyéb inert anyagok vagy darabos ásványi részek, üvegtörmelék, műanyagok jelenléte, a szervesanyag-tartalom, a C:N arány, sótartalom, pH, nedvességtartalom és a nedvességtartó kapacitás. A gyommagvak ugyan zavaróak, de a komposztálás hőmérsékletének megfelelő értéken történő tartásával kipusztíthatók. A komposztálás végtermékének azokat a tulajdonságait, melyek a közegészség tekintetében nem jelentenek kockázatot, nem is építik be az államilag készített termék szabványba. Ilyen például. a termék színe is. Ezzel szemben az idegen anyagok mennyiségét szigorúan előírják.

Úgy tűnik, Európában az iparszerű komposztálás a jól szeparált homogén, állandó minőségű hulladékok feldolgozása felé tolódik el. Sok lakossági szilárd hulladékkomposztáló telepet éppen ezért vagy leállítottak, vagy megfelelően előszelektált hulladékok egyedi feldolgozására állítottak át, éppen a kereskedelmi komposzt kisebb idegen anyag szennyezése miatt.

1.2.4 Elmélet és gyakorlat

A komposztálás egy meglehetősen összetett, ellentétes irányú hatásokat magába foglaló folyamat. Legjobb a gyors lefolyása, a szerves anyag ilyen stabilizálása lenne. Ez azonban gyors és intenzív hőfejlődéssel jár, ami olyan hőmérsékletre melegítheti az anyagot, ami a biológiai folyamatok lelassulását, gyakorlatilag leállását is eredményezheti. A túlzottan energiadús tápanyagok ilyen értelemben nem is annyira kedvezőek. Azokkal nehezen biztosítható az egyidejűleg meghatározó több feltétel optimális értékének a beállítása. Az igazán rugalmas üzemeltetés tartós hőmérséklet mellett a szerves anyagok nagyfokú lebomlását biztosítja. Egyidejűleg ez megfelelő fertőtlenítést is eredményez. Hasonló alapanyag összetételnél hideg környezetben ugyanakkor mégsem tud a komposzthalom a megfelelő hőmérsékletre felmelegedni. A komposztálás valamelyest hasonlít a tüzeléshez, amikor egy nagy farönköt tesznek a kályhába. Lassan gyullad be, de ha egyszer elkezdett égni, elkezd lángolni, nehéz az égését szabályozni.

A komposztálás azonban csak látszólag van tele kérdőjelekkel. A folyamatot igen régóta biztonsággal alkalmazzák. Meghatározó kérdése a végtermék minősége és stabilitása, melyet az üzemeltető ma is elsősorban az anyag külleme, szaga és tapintása alapján minősít. Nem sikerült eddig olyan analitikai vizsgálatokat kifejleszteni, melyek az üzemeltető személyt helyettesíteni tudták volna. Bár az analitika folyamatosan fejlődik, javul, egyre hasznosabb információkat szolgáltat, az soha nem tudja helyettesíteni a megfelelően képzett üzemeltető gyakorlati tapasztalatait.

Egy 1989-es tanulmány azt írta a komposztálásról, hogy az a nem is olyan távoli jövőben majd a bor készítéséhez hasonló művészet lesz. A borásznak a vásárló igényeit kielégítő terméket kell előállítani. Hasonló igény jelentkezik a komposztot illetően is. Minimális követelményként biztonságosnak kell lennie, jó hatásúnak a növényzetre, és vonzónak a vásárló számára. Klasszikusan igaz, hogy nemcsak ismeretek, tudás, mérnöki, üzemeltetői szakértelem, de megfelelő művészi képesség is kell a jó bor előállításához. A borászat azonban sokkal közvetlenebb formában szolgálja az emberiség élvezeti igényét, ezért szinte bizonyosnak vehető, hogy történetileg a komposztálást megelőzően kifejlődött gyakorlat és tudomány.