Kompostování zbytkové biomasy

Základní údaje

Kompostování zbytkové biomasy je z celospolečenského hlediska nejpřirozenější a ekologicky nejvhodnější forma přeměny a zhodnocení tohoto organického materiálu.

Proces kompostování urychlí zetlení odklízené travní hmoty, respektive vytvoří materiál, který může sehrát důležitou roli při péči o půdu a vylepšování půdních, zejména fyzikálních vlastností tak, aby půda byla schopna plnit své potřebné ekologické funkce. Vyzrálý kompost přispívá k tvorbě půdního humusu, který je základem půdní úrodnosti, přičemž živiny vázané na humusové částice se nevyplavují vodou tak, jako je tomu u průmyslově vyrobených hnojiv a jsou rostlinám k dispozici podle jejich potřeby.

Při kompostování probíhá přeměna organických látek stejným způsobem jako v půdě, ale lze ji technologicky ovládat. Proto lze kompostování definovat jako řízený proces, který zabezpečuje optimální podmínky potřebné pro rozvoj žádoucích mikroorganismů a lze získat humusové látky rychleji a produktivněji oproti polním podmínkám.

Nejvhodnější v provozních podmínkách je jednorázově založený kompost, jehož proces zrání probíhá buď tzv. horkou cestou (rychlokompost, zrající několik týdnů) nebo pomalým zráním (3-4 roky). Zejména při rychlokompostování je nutné se zaměřit na správné sestavení surovinové skladby (C:N), na úpravu vlhkosti a zrnitosti, sledování a regulování teploty a pH a na patřičnou aeraci kompostovaného materiálu.

Pro zabezpečení všech těchto požadavků je využívána řada technologií a nejrůznějších technických prostředků a právě tato metodika by měla být návodem, jak správně postupovat při jejich vhodném výběru.

Technologie výroby rychlokompostu ze zbytkové biomasy

Tato technologie musí zabezpečovat vhodné podmínky pro činnost aerobních mikroorganismů s velkými nároky na kyslík a produkujících oxid uhličitý. Proto musí být kompost nepřevlhčený, porézní a kyprý, aby byla umožněna výměna plynů mezi kompostovanou zakládkou a okolím.

Velmi důležitá je též homogenita a důsledné promíchání zpracovávané biomasy s jednotlivými přidávanými komponenty z důvodu co největšího styčného povrchu, který ovlivňuje rychlost vzájemného působení.

Po založení kompostu dochází v krátkém čase k vzestupu teplot uvnitř zakládky, což signalizuje vhodné podmínky pro rozvoj mikroorganismů, čímž začíná proces kompostování. Kompostování je kontinuální proces a proto nelze přesně vymezit různé úseky tlení. Přesto se tlení rozděluje do tří fází (obr. 1):

1. Fáze rozkladu
2. Fáze přeměny
3. Fáze výstavby (syntézy)

ad 1) Fáze rozkladu

Tato fáze trvá asi tři až čtyři týdny, teplota stoupá podle výchozího materiálu na 50 až 70 °C. Je to činnost milionů bakterií a hub, které rozkládají lehce rozložitelné sloučeniny, jako jsou např. cukry, bílkoviny a škrob. Konečným produktem jsou malé "stavební kameny" - např. dusičnany, oxid uhličitý, čpavek, aminokyseliny a polysacharidy. Živiny, které jsou vázány v organické hmotě, se tak uvolňují a zčásti přecházejí až do původní minerální formy. Tento proces se proto nazývá také jako "mineralizace".

ad 2) Fáze přeměny

Trvá od čtvrtého až do osmého respektive desátého týdne. Teplota začíná opět klesat, mineralizované živiny jsou jako základní kameny zabudovány do "humusového komplexu". Kompost získává stejnoměrně hnědou barvu, drobtovitou strukturu a má lehkou vůni po lesní zemině. V tomto stádiu má nejlepší hnojařský účinek!

ad 3) Fáze syntézy (zralosti)

Když je kompost ponechán ještě déle, získává stále více zemitou strukturu. "Živý humus" se přeměňuje na "trvalý humus", hnojařský účinek je slabší (živiny jsou pevněji vázány), účinnost humusu se však zvyšuje.

Charakteristika skladby zakládky kompostu

Hlavní složkou zakládky kompostu bude zbytková biomasa (zejména travní) pro její. vhodnou přeměnu je tato metodika vypracována. Další komponenty jsou do zakládky přidávány z důvodu zajištění specifických podmínek pro život mikroorganismů nezbytných pro kompostovací proces. Při správném sestavování materiálové skladby zakládky je nutné přihlížet zejména k poměru C:N.

Poměr C:N

Tento důležitý parametr určuje pravděpodobnou rychlost rozkladu organických zbytků. Optimální hodnota tohoto poměru se pohybuje (20-30):1 u zralého kompostu (vysoká stabilita).

Při poměru menším než 15:1, bude rozklad rychlý, ale dusík se může ztrácet jako amoniak, protože množství dusíku převažuje metabolickou potřebu mikroorganismů. Hmoty s poměrem C:N nad 50:1 se rozkládají pomalu, prodlužuje se zrání kompostu. Pro čerstvě založený kompost složený z převážné části ze zbytkové biomasy je vhodný poměr C:N= (30-35):1. Vzhledem k tomu, že u travní biomasy se C:N pohybuje kolem hodnoty 20:1 je třeba materiálovou skladbu doplnit komponenty se širokým poměrem C:N (piliny, sláma).

Pro ilustraci jsou v následující tabulce 1 uvedeny hodnoty poměru C:N materiálů, které při zpracování zbytkové biomasy přicházejí do úvahy.

Tab. 1: Hodnoty poměru C:N u některých materiálů používaných při kompostování zbytkové biomasy

Protože kompostování je aerobní samozáhřevný biologický rozklad degradovatelného materiálu způsobený aerobní mikroflórou, je nutné pro její rozvoj zabezpečit v kompostové zakládce optimální vlhkost materiálu a s ní související množství kyslíku.

Vlhkost a provzdušňování

S obsahem organické biomasy v kompostu zpravidla stoupá i pórovitost, a tím i požadavek na vyšší vlhkost. Proto je pro komposty založené z převážné části z travní hmoty vhodná počáteční vlhkost 50-60%. V průběhu zrání se snižuje pórovitost a klesá požadavek na vlhkost. Avšak vzhledem k tomu, že se v průběhu kompostování část vody odpařuje, je v některých případech nutno upravovat vlhkost v průběhu zrání přidáváním dalších tekutin.

Pravidlem pro zakládání kompostu je volba raději nižší vlhkosti, která se snadněji koriguje závlahou kompostu. Převlhčený kompost se upravuje mnohem obtížněji. Také teplota zakládky ovlivňuje rozvoj i aktivitu mikroflóry a tím i určuje rychlost rozkladu organických materiálů.

Teplota

Většina mikroorganismů v organickém materiálu je mezofilních (optimální teplota jejich rozvoje je 20-30 °C). Avšak až při vyšších teplotách začíná převažovat skupina termofilních aerobních mikroorganismů, které jsou pro správný průběh kompostování nezbytné. Optimální výše této teploty se pohybuje v rozmezí 45-65 °C.

Tato teplota zaručuje likvidaci klíčivosti semen plevelů, patogenních mikroorganismů apod. Průběh teploty v jednom kompostovacím cyklu je znázorněn na obr. 1.

Hodnota pH

Optimální hodnota pH u čerstvého kompostu se pohybuje v rozmezí 6-8, protože většina mikroorganismů vykazuje nejpříznivější rozvoj a aktivitu právě v tomto rozmezí. U kompostů založených z převážné části z travní biomasy je toto rozmezí udržitelné bez přídavku vápenatých látek.

Vhodnou skladbu zakládky kompostu, přeměňujícího zbytkovou biomasu, lze podle jednotlivých charakteristik materiálů této zakládky optimalizovat těmito kroky:

1. určení hmotnosti a vlhkosti zbytkové biomasy určené ke kompostování,
2. propočet složení kompostové zakládky (hmotnost, vlhkost, C:N),
3. výpočet předpokládaného množství kompostu.

Mechanizace kompostování zbytkové biomasy

Zpracování zbytkové biomasy přímo u původce je jednou z možností, jak výrazně zlevnit proces její přeměny. Skládkování zbytkové biomasy se stává ekonomicky neúnosné hlavně pro velké přepravní náklady a náklady za využití skládky. Má-li proto producent zbytkové biomasy vhodný prostor, který hlavně z hlediska hygienického neohrožuje životní prostředí, je pro něj nejvhodnější založit kompostárnu a pořídit si vhodnou techniku pro její provozování. Navíc, používá-li kompost pro vlastní potřebu, ušetří ještě za dovážené hnojivo, používané na jím obhospodařovaných plochách.

Před rozhodnutím, jakou techniku a v jaké výkonnosti si pořídit, musí každý farmář udělat bilanci zpracovávané zbytkové biomasy na své farmě a určit "nasávací" oblast pro dovoz jednotlivých komponent do zakládky.

Po vyřešení těchto základních otázek může provozovatel kompostárny přistoupit k vlastnímu návrhu kompostovací linky.

Je třeba vycházet z toho, že pro výrobu kompostu a jeho další využití je třeba zajistit vhodnými mechanizačními prostředky všechny technologické operace s tím související. Jedná se o tyto pracovní operace:

a) Zabezpeční vhodných fyzikálních vlastností kompostovaných materiálů:

• drcení,
• mělnění,
• štěpkování,
• sečení.

b) Zabezpečení důkladného promísení jednotlivých komponent zakládky:

• promísení,
• překopání.

c) Zabezpečení správného založení kompostu:

• vrstvení,
• nakládání,
• urovnávání,
• převážení.

d) zabezpečení potřebných parametrů aerace, teploty, vlhkosti:

• překopání

e) finalizace kompostu - ve většině případech je kompost vyrobený z travní biomasy expedován v hrubé podobě zpět do přírodního koloběhu, pokud ne, lze uvažovat o jeho dalším zpracování

• drcení popř. mísení,
• prosévání,
• pytlování,
• expedice jemného kompostu.

Technicko-ekonomické hodnocení linky pro pracování zbytkové biomasy kompostováním

Na obrázku 2 je schéma kompostovací linky, jejímž finálním produktem je jemný pytlovaný kompost určený pro prodej.

Málokterý zpracovatel zbytkové biomasy bude provozovatelem takto sestavené linky. Většina bude mít k dispozici pouze základní technické prostředky, což je dopravní prostředek pro přepravu zpracovávaného materiálu, nakladač, vrstvič a urovnávač zakládek kompostu a překopávač kompostu.

Po vypracování bilance zpracovávaného množství zbytkové biomasy, inventury vlastního strojního parku a výběru vhodného místa pro kompostování, lze přejít na ekonomické hodnocení kompostovací linky. To spočívá ve vyčíslení celkových provozních nákladů na výrobu jedné tuny kompostu za určité období. Do těchto celkových provozních nákladů je nutno zahrnout:

1. náklady na vstupní materiály,
2. náklady na nakládání, vážení a dopravu,
3. náklady na provoz strojů na úpravu komponent,
4. náklady na provoz strojů na úpravu profilu a vrstvení,
5. náklady na překopávání,
6. náklady na vyskladnění (finalizace),
7. náklady na kompostoviště,
8. náklady na obsluhu kompostárny.

Z těchto jednotlivých nákladů jsou určeny celkové náklady kompostárny, z nichž a z celkové produkce kompostárny za sledované období, lze určit náklady na výrobu jedné tuny kompostu.

Pro konečné zhodnocení jsou tyto provozní náklady porovnány s vypočítanou užitnou cenou kompostu, která je určována z průměrných nákladů na nákup čistých živin a normativů pro organickou hmotu.

Obr. 2: Schéma kompostovací linky

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

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