Ověření efektivity kompostovacího procesu v domácích kompostérech aneb trampoty s kompo(s)ty

Úvod

Studie vznikla jako jeden z dílčích cílů projektu zahrnujícího vyhodnocení rozdílů v kvalitě a kvantitě komunálního odpadu, vyprodukovaného domácnostmi lokalizovanými ve čtyřech odlišných typech městské zástavby. Ústřední hypotézou přitom je, že se produkce jednotlivých frakcí směsného komunálního odpadu liší jak v závislosti na místě, resp. typu zástavby, tak i na době vzniku (sezónnost produkce odpadů). Čtyři definované typy jsou reprezentovány:

1. sídlištní panelovou zástavbou
2. vilovou zástavbou
3. starou zástavbou historického jádra města
4. vesnickou zástavbou

Objem biologicky rozložitelné frakce komunálního odpadu by měl podle našeho názoru jednak prodělávat největší výkyvy v průběhu roku, jednak velmi dobře korelovat s typem zástavby, a tím i složením produkovaného odpadu – výchozího materiálu, využitelného ke kompostování.

Cílem předkládané dílčí studie je zhodnotit efektivitu kompostovacího procesu probíhajícího v běžně dostupných typech kompostérů a identifikovat stěžejní faktory podmiňující rychlost kompostování. Výchozím předpokladem přitom bylo napodobení chování běžného uživatele komerčních kompostérů, tedy v zásadě bezzásahový režim. Mimo experimentálního kompostování biodegradabilní frakce komunálního odpadu z výše uvedených čtyř lokalit byl založen pokus o kompostování směsné podsítní frakce komunálního odpadu.

Materiál a metodika

Studie vyhodnocuje data získaná v průběhu desíti měsíců období výzkumu. S měsíční periodou byl prováděn rozbor komunálního odpadu ze čtyř zájmových oblastí, odlišných strukturou sídelní zástavby. Hmotnost každého vzorku byla nejméně 1 t, metodou náhodného vzorkování bylo odebráno vždy 200 kg materiálu, jež bylo následně vytříděno do jednotlivých frakcí (dle metodiky Benešová, L. a kol., 2003: Intenzifikace sběru, dopravy a třídění komunálního odpadu. Závěrečná zpráva VaV/720/2/00, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy. Praha, MŽP ČR Praha). Z důvodů snahy o zjištění případných rozdílů ve složení produkovaného odpadu po víkendu a přes běžný pracovní týden byl na lokalitě reprezentující sídlištní typ zástavby (kompostér 2 – sídlištní zástavba) prováděn odběr a rozbor vzorků dvakrát, oproti jednomu měsíčnímu odběru z ostatních tří lokalit, kde by se podle předpokladů neměl výrazně projevit rozdíl mezi oběma částmi týdne. Sezónní chod hmotnosti odebraných vzorků kompostovatelného odpadu pro jednotlivé lokality zaznamenává Tab. 1.

Zájmové složky – kompostovatelný materiál a podsítní frakce (síto o průměru ok 20 mm) – byly zjednodušeným způsobem homogenizovány (drcení objemných částí) a umístěny do kompostérů, volně komunikujících s povrchem půdy. S ohledem na předpokládané potřeby běžného uživatele byly zvoleny velkoobjemové kompostéry (700 l) kónického tvaru se zúženým směrem k vrcholu, vyrobené z recyklovaných plastů, perforované konstrukce, opatřené uzavíratelným poklopem. Obsah nádoby nebyl v průběhu kompostování dále promícháván (zhoršená manipulace vzhledem ke konstrukci kompostéru). Výsledkem bylo výrazné vrstvení a nehomogenita mezi jednotlivými vrstvami. Design pokusu byl navržen uvedeným způsobem za účelem modelace chování běžného uživatele, který je limitován stejnými faktory (viz tvar a rozměry kompostéru).

V jednotlivých kompostérech byly průběžně sledovány a zaznamenávány objemové změny materiálu, vývoj maximální teploty a provzdušnění (obsah kyslíku v %) v čase. Vývoj teploty byl realizován jako průběžné zaznamenávání maximálních teplot, naměřených v daném kompostéru, přičemž výchozím předpokladem byla snaha zaznamenat teplotu v právě aktivní vrstvě kompostu (tam, kde probíhá intenzívní rozklad za produkce CO₂ a odpadního tepla). K měření aktuální maximální teploty byl použit digitální teploměr GKF 125 s rychlou odezvou. Obsah kyslíku byl zaznamenáván v definovaných vrstvách kompostu, resp. kolmých hloubkách od povrchu materiálu uvnitř kompostéru (10, 20, 30 a 40 cm). Takto bylo sledováno provzdušnění v mikroatmosféře každé vrstvy. Na měření obsahu kyslíku byl použit přenosný monoúčelový chromatograf ASIN O₂ s vpichovací sondou.

Graf 1: Průběh maximálních naměřených teplot v kompostu ze zájmových oblastí

Výsledky a diskuse

Teplota

Vlastní kompostovací proces neprobíhal rovnoměrně v celém profilu kompostovaného materiálu. Kromě vertikální nehomogenity materiálu se projevovala i nehomogenita horizontální. Výsledkem byl vznik lokálních kompostovacích procesů na předmětných „mikrostanovištích“ s rozdílnou intenzitou a teplotou (až 10 °C v rámci jednoho horizontu). Vizuálně bylo možno tuto diferenciaci sledovat jako místní výrazný úbytek organické hmoty (propad vrstvy materiálu).

Další významně nehomogenní veličinou v rámci obsahu kompostérů byla vlhkost. Materiál uložený blíže perforovaných stěn kompostéru byl více vysušován prouděním okolního vzduchu komínovým efektem, proto i vlastní kompostovací proces byl nejintenzívnější ve středových částech a pod povrchem, což lze doložit m.j. pravidelně naměřenými nejvyššími teplotami právě v těchto místech.

Význam hloubky pod povrchem se měnil se změnou venkovní teploty a vlhkosti proudícího vzduchu. Při nižších externích teplotách a vyšších vlhkostech byly kompostovací procesy nejintenzívnější v horizontech 10-20 cm, v teplých a suchých obdobích probíhalo kompostování nejintenzivněji v horizontech 20-30 cm. Mimo klimaticky příznivé období (při poklesu vnější teploty pod hranici cca. 10 °C) hrála zřejmě značnou roli v průběhu procesu kompostování mocnost vrstvy nově dodaného substrátu, tedy hmotnost nově přisypaného vzorku. V chladných měsících lze spekulovat dokonce o stěžejní roli mocnosti vrstvy substrátu při vlastním zahájení procesu kompostování (srovnej grafy 1 a 2) – pro chod externí teploty a teplot, zaznamenaných v jednotlivých kompostérech např. pro lokalitu Neředín – sídliště a Riegerova – centrum města). Obecně lze konstatovat, že nejvyšší hmotnosti přisypaného materiálu produkovaly maximální hodnoty dosažené vnitřní teploty. Toto schéma respektuje i vývoj teplot v kompostéru s jemným prosevem.

Graf 2: Množství navezeného kompostovatelného materiálu

Obsah kyslíku

V průběhu kompostovacího procesu se výrazně měnil obsah kyslíku. Po nastartování procesu docházelo ke značnému snížení procentuálního obsahu kyslíku, deficit kyslíku byl nejvýraznější zpravidla 2-3 týdny po dodání nového substrátu v příznivých povětrnostních podmínkách (vyšší externí teplota kolem 20 °C). Při snižování intenzity termické fáze procesu se obsah kyslíku vyrovnával s obsahem v externím vzduchu. Tento trend bylo možno sledovat i v rámci vertikálního vrstvení. V rámci čtyř sledovaných kompostérů s biodegradabilním materiálem lze konstatovat, že chod procentuálního zastoupení kyslíku, resp. jeho úbytek, korespondoval s chodem maximální teploty materiálu (viz grafy 1 a 3).

Odlišný trend vykazoval kompostér s prosevem. Ve všech měřených vrstvách byla koncentrace kyslíku relativně stabilní (19,5 – 21%), navzdory velmi rozkolísanému průběhu maximálních teplot (viz grafy 1 a 3).

Domníváme se, že popsaný jev lze interpretovat jednodušší difůzí kyslíku z okolní atmosféry, umožněné nižší vlhkostí materiálu prosevu v porovnání s často až kašovitou konzistencí komponent běžného biodegradabilního odpadu v ostatních kompostérech. Efektivita průběhu termické fáze zrání prosevu byla zřejmě způsobena rovněž jemnější strukturou materiálu s větším aktivním povrchem. Nástup fáze zrání, doprovázené zvýšenou teplotou, a tedy i intenzívní spotřebou kyslíku, probíhal v prosevu rychleji než v ostatních případech, přesto se lze domnívat, že rychlá spotřeba kyslíku byla saturována jednodušším dosycováním z okolí ve srovnání s ostatními pokusy.

Graf 3: Srovnání průběhu naměřeného obsahu kyslíku v jednotlivých vrstvách kompostu ze zkoumaných lokalit

Objemové změny

Pro zjištění změny objemu byla srovnána data o objemu kompostovatelného odpadu získaná během pravidelných měsíčních analýz s aktuálním objemem materiálu v kompostérech. Objemové změny kompostovatelného bioodpadu ze všech čtyř sledovaných oblastí nevykazovaly významný rozdíl a pohybovaly se okolo hodnoty 80 % ztráty objemu. Naproti tomu objemové změny podsítní frakce – prosevu byly výrazně nižší, jen 52 %. Uvedený fakt lze interpretovat jako důsledek vysokého obsahu anorganických materiálů, zvláště popelovin, v této materiálově netříděné frakci směsného komunálního odpadu.

Závěr

Uvedené výsledky považujeme pouze za orientační, přesto lze na jejich základě formulovat některé obecně aplikovatelné závěry. Běžný kompostovatelný bioodpad z domácností ukládaný do kompostérů v průběhu jednoho roku prodělává značné objemové změny. V průměru 80 % objemu bylo odbouráno prostřednictvím metabolismu dekompozitorů, participujících na procesu aerobního biologického rozkladu organických látek.

Stěžejní faktory, zásadně ovlivňující aktivitu mikroorganismů, a tedy průběh kompostování (vnitřní teplota, obsah kyslíku a vlhkost) jsou do značné míry ovlivněny externí teplotou a objemem resp. tloušťkou vrstvy nově přidávaného materiálu.

Podsítní frakce, jemný prosev o velikosti zrn do 20 mm je substrátem primárně nevhodným ke kompostování, nejen pro vysoké zastoupení nebezpečných složek, ale taky z důvodů nedostatečné objemové ztráty.

Chemické složení výluhů z kompostovatelného bioodpadu a podsítní frakce je předmětem aktuálního výzkumu a bude publikováno v další fázi chodu projektu.

Poděkování

Tento výzkum vznikl na základě finanční podpory VaV projektů MŽP ČR č. SP/2f1/166/08 a spolupráce se společností Ekokom a. s. a Magistrátem statutárního města Olomouc.

Kompletní seznam autorů

Mgr. Monika Mazalová, RNDr. Petr Hekera, Ph.D., Mgr. Jana Laciná, RNDr. Vlastimil Kostkan, Ph.D., prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc., Mgr. Jan Heisig, František Javůrek

Článek vyšel ve sborníku ODPADOVÉ FÓRUM 2010 (21. - 23. dubna 2010, Kouty nad Desnou).

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky