Ugrás a tartalomhoz

Komposztálás

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

3. fejezet - A szennyvíziszap komposztálási technológia fő lépései

3. fejezet - A szennyvíziszap komposztálási technológia fő lépései

A komposztálást több fázisra, egy főlépcsőként alkalmazott intenzív bontásra, majd azt követő érlelésre szokás felosztani. A két lépcső között nem húzható éles határ. A nagy sebességű első lépcső forgatott prizma, levegőztetett sztatikus halom, vagy zárt reaktoros megoldás is lehet. Jellemzője a nagy sebességű oxigén-felhasználás, termofil hőmérséklet-tartomány, s a bontható anyagok gyors elbomlása, az egyidejű jelentős szagveszéllyel. Az utóbbit a statikus rendszerek zárttá alakításával s gázainak valamilyen tisztításával csökkentik.

A második lépcsőben, ami a komposzt érlelése, mind levegőztetett, mind levegőztetés nélküli halmos, prizmás, sőt zárt reaktoros rendszerek is alkalmazhatók. Ebben a szakaszban már alacsonyabb a hőmérséklet, kisebb az oxigénfelvétel sebessége, és nem jelentkezik szagprobléma. Az érlelés során bomlanak le a különösen nehezen bontható szerves anyagok, valamint amelyek valamilyen ok miatt (tápanyaghiány, kisebb hőmérséklet, szárazabb környezet) nem tudtak az első szakaszban lebomlani. Ekkor kiegyenlítődik a rendszer mikroorganizmus állománya, amely a komposzt érlelésében, humifikációjában, a fitotoxikus vegyületek lebontásában, és a növénykártevők visszaszorításában játszik fontos szerepet.

A komposztálás első lépcsője hagyományosan jobban tervezett és szabályozott az ott jelentkező nagyobb sebességű folyamatok, oxigénigény, nedvességvesztés miatt. Az érlelés ezzel szemben általában alig ellenőrzött folyamat. Természetesen ettől függetlenül a komposzt érlelése ugyanolyan fontos a tervezés és üzemeltetés tekintetében, hiszen a termék végső formáját, küllemét éppen az utóbbi határozza meg. Az érési időszakban a humifikáció kellően előrehaladottá válik, ami a szerves anyag stabilizálását, további igen lassú lebomlását, lassú tápanyag leadását eredményezi. Ezért is jelentenek a megfelelő komposztok minimális talajvíz-szennyezést okozó, hosszú hatásidejű talajtápanyag utánpótlást a termőtalajoknak.

3.1 Előkészítő és utókezelő műveletek

Az alapanyagok előkezelése a tulajdonképpeni kondicionálást megelőzően is fontos lehet a komposztálás érdekében. Az anyag érlelés előtti, vagy azt követő fizikai kezelése ugyanakkor az utókezelés. Ezek a műveletek éppen az alapanyag jellemzői, valamint termék megkívánt minősége érdekében lehetnek különösen szükségesek.

3.1.1 Szennyvíziszapok

A kommunális szennyvíziszapok viszonylag homogén és darabos anyagoktól mentes termékek. Rendszerint fűrészpor, szalmaszecska és a faapríték hozzáadásával kondicionálják azokat. Ilyenkor az előkezelés az alapanyagok tárolását, összemérését, valamint az egyes komponensek és a visszaforgatott kész komposzt összekeverését jelentik. Az utóbbit mindig mechanikus berendezésekkel végzik, melyek esetleg a komposzthalom kialakítására, vagy a komposztprizmák, blokkok betöltésére is alkalmasak. A fűrészpor minőségétől függően annak a rostálására is szükség lehet. Erre is különböző berendezések jöhetnek szóba. Ilyen kizárólagosan fűrészporos komposztálást követően azonban utókezelésre általában nincs szükség. Gondos utókezelést főleg akkor kell végezni, ha finom állagú termék előállítása a cél, illetőleg a töltőanyagot, vagy formázó anyagot el kell különíteni a terméktől annak a visszaforgatása érdekében. A szennyvíziszapokat ilyen segédanyagokkal komposztáló rendszerek általában kitűnő minőségű, szennyező anyagoktól mentes komposztot termelnek.

Az iszapkomposztáló rendszerek többsége fűrészport, vagy más finoman aprított segédanyagot ad a víztelenített nyers iszaphoz. Széleskörű gyakorlat a mintegy 6-8 tömegszázalék szalmával történő keverés is. Szálas szalma esetén a viszonylag nedves víztelenített iszapok gyors víz-eleresztése jelentkezik, ami rövid idő után egy lényegesen szárazabb alapanyag prizma összerakását teszi lehetővé. Ez akkor lehet hatásos, ha a csurgalékvíz megfelelő elvezetése, tehát az alapanyag ilyen megoldású további víztelenítése, szárítása biztosítható. Szárazabb nyers szennyvíziszap centrifugátum, vagy préselt iszap esetében a 10 tömeg % körüli szalma, fűrészpor már önmagában is elég a szükséges nedvességtartalom beállításához. Ez mintegy 1:1 – 1:2 térfogatarányú iszap : segédanyag keverést jelent a szalma és fűrészpor, valamint az iszap nedvességtartalma függvényében.

Fűrészpor és finomra aprított szalma esetében a keverék még így is kedvezőtlen, tömörödésre hajlamos, ami a levegőztethetőségét rontja. Éppen ezért ezeknél a komposzthalmok időszakos, viszonylag gyakori átkeverése, levegőztetése, tehát a dinamikus komposztálás a gyakorlat. A keverék anaerob előtározása, majd durvább strukturanyaggal történő további keverése a szabad gáztérfogat növelése érdekében ugyanakkor előnyös lehet, s akár a statikus komposztálást is lehetővé teszi.

3.1.2 Komposztálást befolyásoló tényezők

A komposztálás a kommunális, illetve élelmiszeripari, mezőgazdasági termelési hulladékok feldolgozására alkalmas, irányított, aerob biokémiai eljárás. Meghatározott feltételek biztosításával olajok és zsírok feldolgozására is használható. A folyamatban résztvevő heterotróf mezofil és termofil mikroorganizmusok (közöttük nagy mennyiségű gomba) enzimjei a szerves anyagokat előbb hidrolízis és biológiai oxidáció útján részlegesen lebontják, majd a bomlástermékek polimerizációval, polikondenzációval egy még stabilabb, bonthatatlanabb humusszerű anyaggá alakulnak. Ennek a folyamatnak a végterméke a stabil szerves anyagok és szervetlen ásványi anyagok keveréke lesz, amit komposzt néven ismerünk. Ez földszerű, kb. 40-50% nedvességtartalmú anyag (komposzt), amely szerves anyag és növényi tápanyag-tartalma miatt (pl. foszfor, nitrogén, kálium, nyomelem) a talaj termőképességének növelésére hasznosítható.

A mezofil - termofil - mezofil tartományú mikrobiológiai lebontási, átalakulási folyamatok eredményeképpen a hulladékban lévő patogén mikroorganizmusok nagy része elpusztul. A jól szabályozott folyamat eredményeképpen a hulladék esetleges fertőzőképessége megszűnik.

A komposztálással csak a mikroorganizmusok számára hozzáférhető és toxikus anyagot nem tartalmazó szerves hulladékok bonthatók, ezért különösen fontos, hogy a kiindulási anyagban toxikus nehézfém vagy toxikus szerves anyag ne vagy csak minimális mennyiségben legyen (feldolgozás előtti hulladék minőségének ellenőrzése).

A komposztálás folyamatát döntően befolyásoló tényezők technológiailag jól szabályozhatók (komposztálandó anyag minősége, C és N tartalma, aprózottsága és homogenitása, a nedvességtartalom, a levegőellátottság, a hőmérséklet, a pH-érték)

3.1.2.1 A levegőellátás

A komposztálandó anyagkeverék darabos, fellazított szerkezete biztosítja az aerob viszonyok fenntarthatóságát, a folyamat megfelelő levegőellátását. Ha a kerti hulladékok döntően fű és levélrészekből állnak, alig igényelnek előkezelést, különösen, ha a forgatott prizmás komposztálás segédanyagát képezik. A laza szerkezet megőrzése érdekében pl. zöld hulladék, nyesedék komposztálásánál az un. előaprítással kb. 15-30 cm hosszú aprítékot kell előállítani. Sajnos a kavics és egyéb hulladéktartalma miatt felhasználásakor a komposzt utókezelése, rostálása szükséges lehet. Fanyesedékek, fahulladékok felhasználásakor ezzel szemben azok előzetes aprítása az, ami elengedhetetlen. Az elő és utótisztítás soha nem helyettesítheti a kellően tiszta alapanyagot. Ez nem jelenti azt, hogy vegyes alapanyagból, a szilárd lakossági hulladék bontható részéből nem lehet piacképes terméket előállítani. Az azonban mindenképpen biztos, hogy annak a minősége a tiszta anyagokból előállított komposztokéhoz képest gyengébb, komposztálásuk munkaigénye, komplikáltsága nagyobb lesz.

A megelőző aprítás és homogenizálás (keverés) részben a mikroorganizmusok szerves anyagokhoz való hozzáférési esélyeit javítja, részben a különböző hulladék összetevők keveredett, egyenletes elhelyezkedését biztosítja a komposztálandó anyagtömegen belül. A túlzott mértékű aprítás - szecskázás - azonban kerülendő, mert az anyag összetömörödését előidézve, kedvezőtlen mikrokörnyezet kialakulását eredményezheti. Az aprításnál alkalmazott tépési technika a mikroorganizmusok nagyobb felületen történő megtapadását segítik elő.

3.1.2.2 C/N arány

A megfelelő komposztáláshoz biztosítani kell a mikrobiológiai folyamat beindulásához szükséges tápanyag-összetételt, amelyet leginkább a C/N-arány beállításában nyilvánul meg. Az optimális C/N-arány 30:1-hez (a kiindulási anyagra vonatkozóan ezt az arányt 25:1 -35:1 közötti tartományban állítják be). A túl magas C/N-arány arra utal, hogy a nehezen lebomló anyagok részaránya magas, az alacsony arány pedig a könnyen lebomló alkotók túlsúlyát jelzi.

Néhány fontosabb nyersanyag C:N aránya

- fakéreg120:1
- fűrészpor500:1
- papír, karton350:1
- konyhai hulladék15:1
- kerti hulladék40:1
- lomb50:1
- fű20:1
- szalma (rozs, árpa)60:1
- szalma (búza, zab)100:1
- vágóhídi hulladék16:1
- marhatrágya25:1
- kommunális kevert biohulladék35:1
- lakossági szennyvíziszap10-15:1

Nagyon lényeges tehát, hogy a komposztálandó anyagok keverékének összeállításával a szubsztrát megfelelő C/N-arányát hozzák létre. Indokolt esetben nitrogén, foszfor és nyomelemek adagolására is sor kerülhet (pl. mezőgazdasági kultúráknál történő komposzt hasznosításkor).

A jobb komposztminőség, a biztonságosabb érés miatt sokszor adalékanyagok felhasználására van szükség. Ezek felhasználásával javulhat a komposzt ásványi anyag tartalma, csökken a tápanyagveszteség, szabályozható a pH, stb. Jellemző adalékanyagok: mész, kőporliszt, agyag, bentonit, tőzeg, műtrágya, vér- és csontliszt, stb.

3.1.2.3 Víztartalom

Az egyik legfontosabb tényező a komposztálandó anyagtömeg víztartalma, ugyanis a komposztálást megelőzően az apríték felületén kialakuló vízfilmben elhelyezkedő mikroorganizmusok aerob körülmények között extracelluláris enzimekkel bontják le, illetőleg alakítják át a szerves anyagokat. Az ideális nedvességtartalom alsó határa 30-40 m/m-%, felső határa 60-65 m/m-%.

Ezen határok között tartásához a komposzt rendszeres nedvességtartalom-ellenőrzését biztosítani kell. A nedvességtartalom csökkenése a baktériumok tevékenységét befolyásolja, csökkenti, ezáltal az érési folyamat lelassul, a komposztálási idő megnövekszik; növekedése pedig anaerob irányba tolhatja el a rendszert.

3.1.2.4 pH-tartomány és hőmérséklet

A komposztálásban résztvevő mikroorganizmusok pH-tartománya 4-9 érték közé esik, savas viszonyok esetén inkább a gombák, lúgos körülmények között pedig a baktériumok tevékenykednek. A kedvezőtlen pH-viszonyok elkerülését esetlegesen mész adagolásával valósíthatják meg. A mikroorganizmusok életfeltételei a mezofil, illetőleg termofil tartományokban megfelelő mikrokörnyezeti hőmérséklet fenntartását igénylik, ami a folyamat rendszeres hőmérséklet-ellenőrzését teszi szükségessé.

A hőmérsékletmérés a komposztálási folyamat szabályozásának egyik fontos feltétele. Ezáltal betekintést nyerhetünk a bomlási folyamatokba, mert a hőmérsékletalakulás jó kifejezője a technológiában résztvevő tényezők összhatásának (anyagminőség, levegőellátás, nedvességtartalom, pH-érték). A bomló anyag és a külső környezet közötti állandó hőcsere annál intenzívebb, minél nagyobb a két közeg közötti hőmérséklet-különbség és tömegéhez képest minél nagyobb a bomló anyag környezettel érintkező felülete. Nagy a hőveszteség, ha az anyagtömeg kevés vagy ha a nagy anyagtömegeket nagy felületű formákba (pl. keskeny, hosszú prizmákba) rakják.

Figyelembe kell venni viszont azt is, hogy a tömeghez képest viszonylag kis felületek (pl. kazlakba való összerakás) esetén az anyag gázcseréje csökken, a folyamat anaerobbá válhat. Ilyenkor mesterséges levegőztetés válhat, szükségessé vagy a szokásosnál többször kell átforgatni az komposzthalmot.

Különösen hangsúlyozni kell, hogy a komposztálás egyik legfőbb feladata a hulladékokban esetlegesen előforduló emberi, állati, növényi kórokozók elpusztítása. Ez a tartósan magas hőmérsékleten végbemenő komposztálással érhető el. Ezért arra kell törekedni, hogy a komposztálandó anyag egész tömege hosszabb időn (min. 14 napon keresztül 55°C-nál, illetőleg min. 7 napon keresztül 65°C-nál) magasabb hőhatáson menjen át (ebben a termofil tartományban a hőmérséklet a 70-75 °C-ot is elérheti). A magasabb hőmérsékleti átlagszint esetén a lebomlás időtartama is csökkenhet.

3.1.2.5 Végtermék-kihozatal

A komposztálási végtermék-kihozatal függvénye a feldolgozandó hulladék összetételének és az alkalmazott technológiának. A gyakorlatban az anyagveszteségek a száradásból, a szerves anyag lebomlásából, oxidációjából, továbbá az idegen anyagok (fémek, kő, műanyagok stb.) elkülönítéséből adódnak. Ennek megfelelően a veszteségek mértéke függ a kiindulási nyersanyagok nedvességtartalmától, összetételétől és idegenanyag tartalmától, továbbá attól, hogy a folyamatot milyen fázisában (előrehaladottságában) szakítják meg. Ezért a komposztkihozatal mértékét csak hozzávetőlegesen, tág határok között lehet megadni. A teljes mértékben végrehajtott komposztálási folyamat bomlási, párolgási és idegenanyag veszteségei együttesen elérhetik az 50-60 m/m-% értéket, így rendszerint maximum 40-50 m/m-%-os komposztkihozatallal lehet számolni. A nem komposztálható szilárd maradékok (idegenanyagok) hulladéklerakón ártalmatlanítandók.