Biodegradácia ropných výrobkov v silne kontaminovaných pôdach kompostovaním

Problémom odbúrania ropných výrobkov v pôde sa výskum aj prax zaoberá už dlhšie obdobie. Teoreticky je rozpracovaný a prakticky overený celý rad ciest biodegradácie ropných látok (Eszényiová 1995, Bujnovský 1999, Lhotský, Koranda 1997, Bičovský, Šťastný 1997, Medveď 2006). Našou úlohou bolo overiť možnosti biodegradácie ropných látok v pôde pri jej silnom znečistení motorovou naftou a motorovým olejom s využitím druhotných surovín z poľnohospodárskej výroby. Ako metódu biodegradácie sme použili kompostovanie. Technológia kompostovania nie je jednotná a volí sa v závislosti od stanoveného cieľa, ktorý sa má kompostovaním dosiahnuť. Ten okrem výroby humusového hnojiva môže mať za cieľ aj degradáciu nežiaducich organických látok v substrátoch. V takom prípade technológiu kompostovania je vždy potrebné prispôsobovať prvoradému cieľu. Ale zmyslom využívania kompostu zostáva jeho pôvodný význam - doplňovať zásoby pôdneho humusu, ktorý je v pôde neustále mineralizovaný. Technologické regulácie sú možné najmä v oblasti aerácie a vlhkosti.

1. Materiál a metódy

Problematika sa riešila v maloprevádzkových dvojročných pokusoch na výskumno-prevádzkovej stanici Výskumného ústavu pôdoznalectva a ochrany pôdy v Macove, kde sa kompostovanie realizovalo v 6 plastových kompostéroch s objemom 0,29 m³. Surovinovú skladbu v 5 kompostéroch (K₁ až K₅) tvorilo 80 kg kontaminovanej pôdy a 50 kg čerstvého slamovitého nevyzretého maštaľného hnoja. Šiesty kompostér (K₆) predstavoval tzv. kontrolu s obsahom 80 kg nekontaminovanej pôdy a 50 kg čerstvého maštaľného hnoja. Základné chemické ukazovatele surovinovej skladby pred založením pokusov sú uvedené v tabuľka č. 1. Skúšalo sa 5 variantov technológie kompostovania (tabuľka č. 2).

Tabuľka č. 1: Chemická analýza surovinovej skladby

Surovina	Sušina %	CO32- %	Ncelk %	NEL mg.kg-1	pH	Spalite’lné látky	Cox
Nekontaminovana pôda	89,2	23,4	0,166	150	7,55	-	2,11
Čerstvý maštaľný hnoj	32,5	-	1,57	295	-	83,2	-

Tabuľka č. 2: Varianty technológie kompostovania

Variant č.	Označenie kompostéra	Rozdelenie aeróbnych (a) a anaeróbnych (n) fáz (1 fáza = 30 dní)
1	K1	a	a	a	a
2	K2	n	a	a	a
3	K3, K6	n	n	a	a
4	K4	n	n	n	a
5	K5	n	n	n	n

Pôda bola kontaminovaná zmesou motorovej nafty a motorového oleja v hmotnostnom pomere 1:2, dôkladne zhomogenizovaná a stabilizovaná. Proces kontaminácie (homogenizácia, stabilizácia) prebiehal od 10. mája do 1. júna. Koncentrácia ropných látok v kontaminovanej pôde sa v jednotlivých kompostéroch (K₁ až K₅) pohybovala od 1,55 do 1,58 %. Kompostovacie pokusy boli založené 2. júna striedavým vrstvením kontaminovanej pôdy a čerstvého slamovitého nevyzretého maštaľného hnoja v kompostéroch. Aerobné fázy boli zabezpečované prevzdušňovaním (prekopávaním) surovinovej skladby. Kompostovacie pokusy boli ukončené 1. októbra.

Vyprodukovaný kompost z kompostéra K₁ bol v dávke 10 kg.m^-2 aplikovaný na jeseň (28.okóbra) do pôdy pre pestovanie cukrovej repy a kukurice na zrno v poľnom maloparcelkovom pokuse. Na porovnanie bol založený variant, kde bol namiesto kompostu do pôdy aplikovaný vyzretý maštaľný hnoj v dávke 5 kg.m^-2. Plocha jednej pokusnej parcely mala výmeru 1m². Jednotlivé parcelky boli od seba izolované 10 mm hrubými doskami z plastu zakopanými do hĺbky 0,35 m. Sejba kukurice na zrno a cukrovej repy bola realizovaná 27. apríla, zber repy 12. októbra a zber kukurice 9. októbra.

2. Výsledky a diskusia

Produkcia kompostu v jednotlivých kompostéroch je uvedená v tabuľke č. 3.

Tabuľka č.3: Produkcia kompostu

Ukazateľ	Označenie kompostérov
	K1	K2	K3	K4	K5	K6
Hmotnosť kompostu v kg suchej hmoty	62,4	62,0	69,7	77,2	65,2	75,9

Z výsledkov v tabuľke č. 3 vyplýva, že produkciu kompostu ovplyvnilo rozdelenie aeróbnych a anaeróbnych fáz počas kompostovania. Ak stotožníme 30 dní s jednou fázou, tak môžeme konštatovať, že vyššia produkcia kompostu bola za podmienok, keď prvé 2-3 fázy kompostovania boli anaeróbne a až posledné 1-2 fázy aeróbne. Kvalita vyprodukovaných kompostov je prezentovaná v tabuľke č. 4.

Tabuľka č. 4: Základné ukazovatele kvality vyprodukovaných kompostov.

Hodnotiace ukazatele	Varianty kompostovania (označenie kompostérov)
	K1	K2	K3	K4	K5	K6
Vlhkosť v %	35,0	40,4	35,2	35,7	43,1	32,2
Spaliteľné látky v %	15,3	12,5	11,2	9,72	13,4	10,2
Celkový dusík v %	0,53	0,42	0,38	0,34	0,50	0,36
C : N	14,5	14,9	14,8	14,3	13,4	14,2
pH	7,32	7,93	7,94	7,95	7,68	7,83
Humus v %	13,4	11,9	10,1	12,6	12,3	8,19

Bol vyprodukovaný zemitý kompost s vysokým obsahom humusu od 8,2 do 13,4 %. Produkcia humusu v kompostéroch sa pohybovala od 3,62 kg do 7,16 kg „novovzniknutého“ humusu na kompostér. Ovplyvňovalo ju rozdelenie aeróbnych a anaeróbnych fáz v priebehu kompostovania. Najviac humusu sa vyprodukovalo v kompostéri K₄, kde prvé 3 fázy kompostovania boli anaeróbne a posledná štvrtá aeróbna. Hodnoty produkcie „novovzniknutého“ humusu však platia len v zjednodušených podmienkach, kedy zanedbáme mineralizáciu pôdneho humusu, ktorý obsahovala v surovinovej skladbe pôda a nepresnosti stanovenia humusu samotnou oxidometrickou metódou. Oxidovateľný uhlík v komposte totiž nemusí, vzhľadom na surovinovú skladbu zakládky, zahrňovať len uhlík skutočného humusu, ale i uhlík organickej hmoty, ktorá v komposte neprešla transformačným procesom humunifikácie. Všetky vyprodukované komposty spĺňali podmienky akosti priemyselných kompostov z hľadiska obsahu ťažkých kovov, keď sa v mg.kg^-1 suchého kompostu pohybovali v týchto rozmedziach:

• kadmium (0,092 až 0,236),
• meď (17,5 až 19,2),
• zinok (92,2 až 102,1),
• olovo (8,4 až10,7),
• chróm (13,1 až 17,3),
• ortuť (0,034 až 0,039),
• arzén (5,5 až 6,0).

Bilancia nepolárnych extrahovateľných látok (NEL) v systéme surovinová skladba (kontaminovaná pôda, maštaľný hnoj) - kompost je prezentovaná v tabuľke č. 5.

Tabuľka č. 5: Bilancia NEL v systéme surovinová skladba – kompost

Označenie kompostérov	Celkový obsah NEL v g/kompostér		Úbytek NEL v %
	V surovinovej skladbe	Po ukončení pokusu
K1	1254,4	185,4	85,22
K2	1271,5	236,9	81,37
K3	1244,0	255,2	79,49
K4	12,42	222,2	82,12
K5	1259,2	170,9	86,43
K6	16,9	2,2	86,98

Z tabuľky č. 5 vyplýva, že vzhľadom na obsah NEL v surovinovej skladbe bol docielený 79 až 86 % úbytok ropných látok. Biodegradáciu ropných látok v kontaminovanej pôde ovplyvňovalo rozdelenie anaeróbnych a aeróbnych fáz pri kompostovaní. Najvyššia bola vo výlučne anaeróbnych, resp. aeróbnych podmienkach. Striedanie anaeróbnych fáz s aeróbnymi nezvýšilo účinok biodegradácie, naopak, úbytok NEL bol nižší o 3 až 7 %. Uhľovodíková kontaminácia bola hodnotená ako celkový obsah nepolárnych extrahovateľných látok (NEL), ktoré sú skupinovým ukazovateľom s významnou indikačnou hodnotou pri stanovení uhľovodíkov len v tých prípadoch, kedy možno jednoznačne dokázať, že skúmaný substrát obsahuje len ropné látky. Vo vzorkách kompostu môže byť obsah NEL nielen ropného, ale aj biogénneho pôvodu a nami použitou metódou to nebolo možné rozlíšiť. Preto naše sledovanie biodegradácie ropných látok stanovením NEL mohlo priniesť nepresnosti spôsobené zvyšujúcimi sa interferenciami látok zamieňanými za uhľovodíky. Ide hlavne o niektoré frakcie organickej zložky zemitého kompostu (humus, resp. humínové kyseliny) a vznikajúce prekurzory humusu, tzv. tranzienty biodegradácie, ktoré majú podobné fyzikálno - chemické vlastnosti ako humus, resp. humínové kyseliny (Poór 1997). Z uvedeného vyplýva, že účinnosť biodegradácie ropných látok kompostovaním je pravdepodobne vyššia, ako je to prezentované v tabuľke č. 5. Vo všeobecnosti technológia kompostovania nie je jednotná a volí sa v závislosti od stanoveného cieľa, ktorý sa má kompostovaním dosiahnuť. V našom prípade to v prvom rade bola biodegradácia ropných výrobkov v pôde a v druhom rade výroba humusového hnojiva. Z tohto a aj z ekonomického hľadiska (náklady na aeráciu) možno pokladať zo skúmaných variantov kompostovania za optimálny anaeróbny variant vo všetkých štyroch fázach kompostovania.

Úroda cukrovej repy a jej technologická akosť sú prezentované v tabuľkách č. 6 a 7.

Tabuľka č.6: Úrody cukrovej repy

Variant hnojenia	Dávky hnojenia	Úroda v kg.m-2
		Buľvy	Skrojky
1	A	7,7	9,0
2	B	8,7	9,2

A: (100 t kompostu K1.ha^-1+ 50 kg N.ha^-1 + 40 kg P.ha^-1 + 90 kg K.ha^-1) na jeseň a 50 kg N.ha^-1 na jar

B: (50 t maštaľného hnoja.ha^-1 + 50 kg N.ha^-1 + 40 kg P.ha^-1 + 90 kg K.ha^-1) na jeseň a 50 kg N.ha^-1 na jar

Tabuľka č. 7: Technologická akosť cukrovej repy

Variant hnojenia	Technologická akosť				Produkcia digesčného cukru v kg.m-2
	Cukernatosť v %	Necukry v mmol/100g
		K	Na	α-aminoN
1	14,72	6,0	0,31	2,98	1,13
2	14,42	6,4	0,15	2,78	1,25

Z údajov tabuliek č. 6 a7 vyplýva, že aplikácia kompostu K₁ neovplyvnila výraznejšie negatívne úrodu cukrovej repy a ani jej technologickú akosť, hoci v porovnaní s aplikovaným maštaľným hnojom sa dosiahla nižšia úroda buliev o 11 %. V prepočte na 1 ha úroda buliev predstavovala 77 ton pri produkcii 11,3 tony digesčného cukru z hektára. Z tabuľky č. 7 vidieť, že aplikácia kompostu pozitívne ovplyvnila obsah sacharózy v repe - bol o 0,3% vyšší ako v repe, kde bol namiesto kompostu aplikovaný maštaľný hnoj.

Úrody kukurice na zrno prezentuje tabuľka č. 8.

Tabuľka č. 8: Úroda kukurice na zrno

Variant hnojenia	Dávky hnojív	Úroda v kg.m-2
		Nadzemná časť kukurice	Zrno
1	A	6,5	2,16
2	B	5,9	1,87

A: (100 t kompostu K1. ha^-1 + 75 kg N.ha^-1 + 40 kg P.ha^-1 + 90 kg K.ha^-1 ) na jeseň a 37,5 kg N.ha^-1 na jar

B: (50 t maštaľného hnoja.ha_-1 + 75 kg N.ha^-1 + 40 kg P.ha^-1 + 90 kg K.ha^-1 ) na jeseň a 37,5 kg N.ha^-1 na jar

Z údajov v tabuľke č. 8 vyplýva, že zapravenie kompostu K₁ úrodu ovplyvnilo pozitívne. Úroda nadzemnej biomasy kukurice i zrna bola vyššia ako úroda kukurice pestovanej so štandardným hnojením s maštaľným hnojom.

3. Záver

K biodegradácii ropných výrobkov v silne kontaminovaných pôdach kompostovaním možno s úspechom využiť čerstvý slamovitý nevyzretý maštaľný hnoj. Za 120 dní je tak možné degradovať ropné látky v pôde pri silnom znečistení naftou a motorovým olejom so 79 až 86 % účinnosťou. Kompostovaním je možné pôdu silne kontaminovanú ropnými výrobkami stabilizovať na zemitý netoxický kompost s vysokým obsahom humusových látok, vhodný na pestovanie cukrovej repy. Využitie kompostu pri pestovaní kukurice na zrno možno odporučiť až po prešetrení jeho vplyvu na kvalitatívne ukazovatele tejto plodiny.

Literatúra:

1. Eszényiová A.: Asanácia pôdy znečistenej ropnými látkami biologickou cestou. Ropa a uhlie,37, 1995,č. 1,s. 62-66.
2. Bičovský, K. - Šťastný, J.: Zkušenosti se sanací zemin. Odpady, 1997, č. 2, s.14-15.
3. Bujnovský, R. et al.: Riešenie podmienok kompostovateľnosti biologického kalu z ČOV Slovnaft a.s. a využitia získaného kompostu. Priebežná správa. VÚPOP Bratislava 1999.
4. Lhotský, R. - Koranda, K.: Biodegradace organických kontaminantu. Princípy, možnosti a omezení. Odpady, 1997, č. 2, s. 11-14.
5.  Medveď, M.: Biodegradácia motorovej nafty v pôde. Odpady, 2006, č. 9, s. 35-38.
6. Poór, J.: Interpretácia a spoľahlivosť výsledkov stanovenia nepolárnych extrahovateľných látok- vzorkovanie a analytické metódy. In: Zborník prednášok. Vzorkovanie a analytika pre ekológiu. Žilina 1997.

Tweet

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