Kontrola účinnosti hygienizace ve vybraných zařízeních zpracovávajících bioodpad

Úvod

Směrnice Rady 1999/31/ES o skládkování odpadů ukládá členským státům omezit množství biologicky rozložitelného odpadu ukládaného na skládky a pro biologicky rozložitelný komunální odpad stanovuje pro časové intervaly procentuální snížení ukládání tohoto odpadu na skládky.

Tabulka 1: Složení zakládek v jednotlivých pokusech

V návaznosti na tuto snahu se rozvíjí různé technologie na zpracování bioodpadů, zvláště různé formy kompostování, rozšiřuje se sortiment nekvalitních surovin pro kompostování a v neposlední řadě i způsoby využití kompostů. Přestože nejběžnějším využitím kompostů je jeho aplikace na půdu, je snaha využít komposty jako biomasu pro spalování nebo jako různé rekultivační materiály.

Tabulka 2: Složení zakládek v jednotlivých pokusech

V rámci předběžné opatrnosti je třeba omezit výskyt a šíření patogenních a podmíněně patogenních organismů, které většina bioodpadů obsahuje, do životního prostředí a zabránit jejich vstupu do potravního řetězce a ochránit pracovníky, kteří při nakládání s bioodpady přijdou do kontaktu. Z tohoto důvodu je nutné, aby každý proces úpravy bioodpadů zajistil snížení úrovně patogenů s cílem předcházet infekcím a jejich rozšiřování mezi exponovanými osobami, zvířaty nebo rostlinami. Schopnost procesu minimalizovat rizika způsobená patogeny v surovinách nemůže být hodnocena jenom analýzou přítomnosti nebo absence indikátorových organismů (bakterií, virů, plísní a hub nebo parasitů) v konečném produktu. Nepřítomnost jednoho nebo všech zmíněných indikátorů ve finálním produktu může být způsobena několika důvody. Nemusí být přítomny v surovině nebo mohou být přítomny v surovině, ale v nízkém počtu. Dalším důvodem je, že neexistují dostatečně obohacující postupy pro metody reizolace cílového indikátorového organismu ve vyšetřované matrici nebo neexistuje technicky možná kvantitativní izolace indikátorového organismu vzhledem k vlivu složité matrice. V těchto případech je třeba použít kontrolu snížení úrovně patogenů vnesenými indikátorovými organismy.

Tabulka 3: Složení vstupní denní dávky pro anaerobní fermentor

Pro sledování účinnosti hygienizace technologií zpracovávajících bioodpad a stanovení její účinnosti byl vypracován postup v návrhu dvou evropských norem pr CEN BT/TF 151 – WP 3 - Part II Methods for the validation of biotechnological, thermal and chemical processes for the treatment of animal byproducts, sewage sludge and biowastes in order to determine the hygienic safety of the resulting fertilizers or comparable products by determination of the count of selected endogenous organisms in the substrate before and after processing and calculation of the reduction rate (Input-Output- Analysis) a pr CEN BT/TF 151 – WP 3-Part III Methods for the validation of biotechnological, thermal and chemical processes for the treatment of animal by-products, sewage sludge and biowastes in order to determine the hygienic safety of the resulting fertilizers or comparable products by exposition of test organisms or test viruses – Part 1 : Validation with vegetative bacteria. Tyto metody byly upraveny a použity pro stanovení účinnosti hygienizace sledovaných technologií (Matějů, 2010).

Pro sledování hygienizace byly vybrány 3 technologie pro kompostování, které jsou rozdílné ve zpracování bioodpadů a jedna technologie anaerobního rozkladu v bioplynové stanici.

Tabulka 4: Výsledky mikrobiologockých analýz vstupu a výstupu pro E. coli, Salmonella spp. a enterokoky

Sledování účinnosti hygienizace je smysluplné pro technologie, které zpracovávají odpad kontaminovaný fekální kontaminací. Proto byly vybrány technologie a zařízení, které zpracovávají čistírenské kaly a odpady ze společného stravování. Jedna technologie kompostování je kompostování v uzavřeném větraném fermentoru s kontinuální homogenizací materiálu, kdy cyklus zpracování trvá 3 až 5 dní, druhá je klasické zpracování v překopávaných hromadách, kdy technologie trvá 5 až 6 měsíců. Vzhledem k tomu, že touto technologií se zpracovává i odpad ze společného stravování, je jako předstupeň zařazena hygienizace v uzavřeném fermentoru. Třetí technologie kompostování je klasická překopávaná hromada, kdy cyklus trvá 3 měsíce.

Technologie byly pro účely tohoto projektu označeny následovně:

• kompostování v uzavřeném větraném fermentoru s kontinuální homogenizací materiálu – technologie F
• klasické zpracování v překopávaných hromadách s předřazenou hygienizací v uzavřeném fermentoru - technologie H 1
• aerobní rozklad v bioplynové stanici – technologie BS

Aby byl splněn limit pro účinnou hygienizaci dle současně platné legislativy je třeba, aby při ní byl snížen počet indikátorových organismů minimálně o 5 řádů pro obě metody hodnocení. Zároveň musí výstupní materiál splnit limity dle Nařízení 1774/ 2002 nebo podle vyhlášky 341/2008 Sb. o bioodpadech. Pro hodnocení výstupu z technologie zpracovávající diskutované odpady platí kritéria uvedená v Nařízení (Annex VI). Kritéria jsou uvedena v tabulce 9.

Technologie zpracování bioodpadu

Technologie F

Pokusy v uzavřeném větraném fermentoru s kontinuální homogenizací byly prováděny po dobu 2 let. Bylo provedeno odzkoušení kontroly účinnosti hygienizace pomocí vnesených indikátorových organismů pro 16 cyklů s různým režimem rozkladu. Pokusy s metodou kontroly účinnosti vstup - výstup byly prováděny po dobu 1 roku. Kompostování bioodpadů se provádělo v bioreaktoru EWA.

Tabulka 5A: Výsledky mikrobiologických analýz pro vnesené indikátorové mikroorganismy v patronách (cartrige) pro Eschcerichii coli v KTJ..gd.m-1 po ukončení anarobního rozkladu

Složení zakládek je uvedeno v tabulce 1 a 2. V pokusech bylo sledováno přežívání vnesených indikátorových organismů a jejich přežívání v konečném produktu (účinnost hygienizace). Doba kompostování byly závislá na složení zakládky, a tím rychlosti vzestupu teploty nad 65 °C. Po té probíhalo kompostování minimálně 24 hodin při teplotě víc než 65 °C.

Technologie H 1

Kontrola účinnosti zpracování kuchyňských odpadů na kompostárně probíhala také po dobu 2 let, ale vzhledem k délce celého cyklu byly provedeny pouze 2 pokusy. Byla provedena kontrola účinnosti pomocí vneseného indikátorového organismu i metodou vstup-výstup.

Tabulka 5B: Výsledky mikrobiologických analýz pro vnesené indikátorové mikroorganismy v patronách (cartrige) pro Eschcerichii coli v KTJ..gd.m-1 po ukončení anarobního rozkladu

Základem sledované technologie byl aerobní rozklad bioodpadů, který probíhal ve fermentoru a na hromadě. Jako fermentor sloužila betonová izolovaná uzavřená kóje, kde byla sledovaná kontinuálně teplota tyčovým teploměrem, který byl usazen uprostřed hromady. Zakládka byla směsí slámy a odpadů ze stravování. Aerací uvnitř fermentoru docházelo k provzdušňování zakládky a aerobní termofilní rozklad probíhal v celém profilu zakládky. Teplota v zakládce se v průběhu aerobního rozkladu zvyšovala nad 70 °C. Při poklesu teploty na přibližně 50 °C, byla ukončena hygienizační část kompostování a materiál byl přenesen do zakládky s dalšími bioodpady (štěpka, zelený bioodpad, čistírenské kaly) k dalšímu kompostování. Pokračování rozkladu při teplotách okolo 55 °C a pravidelné překopávky zakládky umožňovaly aerobní rozklad - kompostování na hromadě (figuře). Zakládka kompostování se naskladňovala kontinuálně po dobu 2 až 3 měsíců. Doba zdržení zakládky na hromadě trvala 6 měsíců. Výška figury při naskladnění činila 3 m , délka 30 m a šířka 10 m. Běžný mísící poměr směsi pro zakládku figury je 30 % hm. dílů kalové složky a 70 % hm. biomasy včetně hygienizovaného obsahu fermentoru.

Tabulka 6: Výsledky mikrobiologockých analýz vstupu a výstupu pro E. coli, Salmonella spp. a enterokoky

Technologie BS

Pokusy s vneseným indikátorovým organismem v technologii BS nebylo možné provádět, protože velkým problémem je vhodný nosič pro indikátorové organismy. U nosičů v reaktoru dochází k velmi rychlému rozkladu a vnesené bakterie, tím pádem není možné po ukončení identifikovat. U této technologie proto byla sledována účinnost hygienizace pouze metodou vstup-výstup. Vstupní suroviny pro denní dávku do fermentoru jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 7: Výsledky mikrobiologických analýz pro vnesené indikátorové mikroorganismy v patronách (cartrige) pro Escherichii coli v KTJ..gd.m-1 po ukončení anaerobního rozkladu v hygienizační kóji (fáze 1) a po ukončení kompostování na hromadě (fáze 2)

Mikrobiologické analýzy

Přítomnost a množství indikátorových organismů bylo sledováno mikrobiologickými rozbory. Všechna mikrobiologická stanovení se prováděla podle metodik uveřejněných v AHEM 1/2008 ((Matějů, 2010). Jako vnesené indikátorové organismy se používaly Escherichia coli a Entrococcus faecalis. Při posuzování metody vstup – výstup byly sledovány Escherichia coli nebo termotolerantní koliformní bakterie, salmonela a enterokoky.

Tabulka 8: Výsledky mikrobiologických analýz konečného výstupního kompostu pro indikátorové mikroorganismy v KTJ..gd.m-1

Výsledky a diskuse

Technologie F

Výsledky jsou uvedeny v tabulce 4 a 5. Hodnoty pro výstup uvedené v tabulce 4 jsou zároveň výstupními hodnotami pro konečný produkt.

Ze získaných výsledků vyplývá, že při standardně vedeném kompostování, (doba kompostování je . 88 hodin, navýšení teploty na 65 °C do 15 hodin) se ve většině pokusů podařilo snížit počty KTJ.g-1 vnesených E. coli v patronách o 7 log. Snížení o 5 log bylo dosaženo pro vnesené bakterie E. coli ve všech pokusech.

Tabulka 9: Kriteria mikrobiologického znečištění podle Nařízení 1774/2002 – výstup ze zařízení

Z výsledků, které jsme získali v našich pokusech s bioreaktorem EWA, lze konstatovat, že pokud došlo ke snížení počtů vnesených E. coli minimálně v 6 patronách o log 7, a v dalších 4 o minimálně log 5, konečný produkt obsahoval E. coli v počtu .1000 KTJ.gd.m^-1. Pokud nebylo dosaženo snížení současně v 6 patronách o log 7 a ve 4 patronách minimálně o log 5, konečný produkt nevyhověl legislativnímu limitu (1000 KTJ.gd.m^-1). Aby byly splněny požadované hodnoty redukce CFU, je nezbytné, aby doba kompostování byla nejméně 88 hodin, při nižší době kompostování většina kompostů nevyhověla limitům požadovaných legislativou.

Při kompostování byla redukce počtů indikátorových organismů uměle vnesených do systému v patronách vždycky vyšší než redukce počtů indikátorových organismů v reáných vzorcích. Toto zjištění publikovali i další autoři (Christensen a kol., 2002).

Tabulka 10: Výsledky mikrobiologických analýz vstupu a výstupu pro E. coli, Salmonella spp. a enterokoky pro BS

Technologie H1

Technologie kompostování, jak bylo výše uvedeno, měla dva stupně. Kontrola účinnosti hygienizace se prováděla v obou stupních. Do prvního stupně bylo vloženo 2 x 10 patron tak, že vždy 2 byly umístěny hned vedle sebe v hromadě. 10 patron bylo po ukončení první fáze analyzováno a dalších 10 patron (ze stejného místa jako byly odebrány k rozboru) bylo vloženo do druhé fáze kompostování. Výsledky nálezů E. coli v patronách, které byly analyzovány po první i druhé fázi jsou v tabulce č. 7. Patrony byly inokulovány suspenzí bakterií E. coli 107 KTJ / g v pokuse A a 108 KTJ / g v pokuse B. Výsledky konečného produktu (kompostu jsou uvedeny v tabulce 8).

Metoda vstup-výstup byla provedena pouze pro technologii prováděnou v hygienizační kóji. Materiál, který byl kompostován neobsahoval na počátku žádné bakterie Escherichia coli. Účinnost hygienizace byla posuzována na bakteriích rodu Enteroococcus (tabulka 6).

Na základě získaných výsledků bylo provedeno zhodnocení účinnosti hygienizace podle současných právních předpisů. Ve všech patronách, ve kterých byl proveden rozbor hned po první fázi rozkladu prvního pokusu A (jedna dvojice patron nebyla nalezena), byla zjištěna dostatečná redukce E. coli (6 až 7 řádů), kterou požaduje Nařízení 1774/2002. V patronách 3 a 5 byl zjištěn negativní nález E. coli a došlo k úplné redukci patogenu. Druhý pokus B již nevykázal dostatečnou účinnost hygienizace v hygienizační kóji (fáze 1), ale v dalším procesu kompostování na hromadě byla prokázána redukce E. coli minimálně o 5 řádů (fáze 2).

Z výsledků v tabulce 8 je patrné, že žádný ze sledovaných kompostů nevykazoval hodnoty pro mikrobiologické indikátory vyšší než předepisuje příslušná legislativa (viz tabulka 9).

U této technologie proto byla sledována účinnost hygienizace pouze metodou vstup-výstup. Doba zdržení (doba mezi odběrem vstupu a výstupu) byla 45 dní.

Metoda vstup-výstup nesplnila opět podmínku, za které je tato metoda použitelná a to, že vstupní indikátorový organismus bude v počtech vyšší než 105 KTJ. Pro technologie BS v České republice ale není možné ve většině případů použít metodu vnesených indikátorových organismů, protože není fyzicky možné patrony s vnesenými organismy vložit do systému. Nicméně počty indikátorových organismů v případě E.coli klesly až na negativní nálezy v případě enterokoků klesly v průměru pouze o jeden řád. Konečný digestát však splňuje požadavky, které na přítomnost indikátorových organismů klade současná legislativa (viz tab. 9).

Závěr

Z výsledků provedených pokusů na zařízení, které zpracovávají bioodpady, obzvlášť kuchyňský odpad a odpad ze společných stravoven a kuchyní, je možné konstatovat, že sledované technologie prokázaly dostatečnou účinnost hygienizace a produkt vyhověl kriteriím uvedeným v Nařízení 1774/2002, přestože ne všechny technologie splňovaly požadavky Nařízení 1774/2002 a to základní požadavek pro zpracování a drcení materiálu na vstupu do zařízení na velikost částic 12 mm. Požadovaný postup kontroly účinnosti hygienizace vnesenými indikátorovými organismy pro technologie provozované v bioplynových stanicích je v České republice v mnoha případech neproveditelný, proto jej bude třeba nahradit v legislativě pro bioodpady modifikovanou metodou vstup-výstup. Modifikovaná metoda bude muset zohledňovat fakt, že v mnoha případech nebude možné dodržet požadavek na počty vstupních indikátorových organismů.

Poděkování

Příspěvek byl vypracován za podpory programu MŽP ČR SP2f1/32/07 „Výběr a metody stanovení indikátorových organismů pro hodnocení vlivů na zdraví a životní prostředí při nakládání s biologicky rozložitelnými odpady “

Literatura

• Christensen, K.K., Carlsbak, M., Kron, E. (2002): Strategies for evaluating the sanitary quality of composting, J.Appl.Microbiol. 92:1143-1158
•  Matějů,L., Štěpánková, M. (2010): Metodický návod pro stanovení indikátorových organismů v bioodpadech, upravených bioodpadech, kalech z čistíren odpadních vod, digestátech, substrátech kompostech pomocných růstových prostředcích a obdobných matricích, AHEM 1/2008, Státní zdravotní ústav, Praha 2010
• Nařízení Evropského Parlamentu a Rady (ES) Č. 1774/2002 ze dne 3. října 2002 kterým se stanoví hygienická pravidla týkající se vedlejších živočišných produktů, které nejsou určeny k lidské spotřebě
• Nařízení Komise (ES) č.. 810/2003 ze dne 12. května 2003 o přechodných opatřeních podle nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1774/2002 týkajících se norem zpracování materiálu kategorie 3 a hnoje používaného v zařízeních na výrobu bioplynu
• Vyhláška č. 341/2008 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady a o změně vyhlášky č.294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady (vyhláška o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady)

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu

Biometan se vyplatí a má budoucnost