gazotwórczego (gS21/gB21)
W Austrii i Niemczech uznano aktywność oddychania (AT4 ) oraz potencjał two-rzenia się gazu (GS21 lub GB21) za parametry dobrze odzwierciedlające aktywność biologiczną odpadów. Dopuszczalna wartość wskaźnika potencjału wytwarzania gazu została w obydwu państwach jednolicie ograniczona do 20 Nl/kg s.m. Na-tomiast aktywność oddychania została w Austrii ograniczona do AT4 < 7 mg O2/g s.m., a w Niemczech do AT4 < 5 mg O2/g s.m. Obie wartości graniczne AT4 nie kore-lują z wartościami granicznymi tworzenia się gazu (wartości AT4 = 7 mg O2/g s.m.
odpowiada wartości GS21 = 11,5 Nl/kg s.m.). Zamierzonym celem przy ustalaniu austriackich wartości granicznych było zmniejszenie o 90–95% potencjału tworze-nia się gazu w wyniku mechaniczno-biologicznego przetwarzaaustriackich wartości granicznych było zmniejszenie o 90–95% potencjału tworze-nia odpadów. Za-sadnicza różnica pomiędzy Austrią i Niemcami w zakresie określenia aktywności biologicznej odpadów tkwi w tym, że w Austrii aktywność oddychania (AT4) oraz tworzenie się gazu (GS21 lub GB21) muszą być badane równolegle, a w Niemczech dopuszczona jest analiza tylko jednego parametru. Z powodu krótszego czasu do-konywania analizy oraz mniejszych kosztów, prowadzący składowiska w Austrii postulują często, by również w tym kraju wystarczającym było określenie tylko parametru aktywności oddychania. Prawodawstwa austriackiego w obecnej for- mie bronią jednak środowiska naukowe tego kraju, zajmujące się badaniem sta-bilizatów wytworzonych w procesie mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów. Na podstawie dotychczasowych doświadczeń dowodzą one, że badanie tylko jednego z parametrów charakteryzujących aktywność biologiczną stabiliza-tów, w niektórych sytuacjach, może prowadzić do błędnych interpretacji.
8.1. p
arametryreaktywnościBadanie inkubacyjne (GS21)
W Austrii jako testy beztlenowe dozwolone są badania inkubacyjne (GS21) lub badania fermentacyjne (GB21). Równorzędność obydwu metod udokumen-towano między innymi w ramach przeprowadzania badań porównawczych [48], o których była mowa w rozdziale 7 niniejszej publikacji. Badania te były podstawą do opracowania odpowiednich normatywów austriackich (VORNORM ÖNORM S 2027-2 z 1.09.2004 r. oraz VORNORM ÖNORM S 2027-3 z 1.09.2004 r.). Pomimo równoważności obu metod badawczych, w Austrii, ze względu na jego zalety, pre-feruje się badanie inkubacyjne.
W tym miejscu warto przypomnieć, że zaletami testu inkubacyjnego są duże ilości materiału stosowanego do analizy (dlatego wystarczające jest podwójne badanie) oraz to, że badana próbka nie musi być szczepiona (w ten sposób przy badaniu pojedynczym oszczędza się do 5 badań w stosunku do testu fermenta-cyjnego). Poprzez umieszczenie na wysokości górnej części eudiometru naczy-nia wyrównującego, zachowane jest w zestawie badawczym nadciśnienie. Dzięki eudiometr napełniony zostaje cieczą zaporową – wzrasta skokowo wartość wy-tworzonego gazu, by później znowu systematycznie opadać. Jako wadę należy wymienić możliwość wystąpienia zakwaszenia przy bardzo reaktywnych prób-kach (świeże próbki) (ryc. 34).
Aktywność oddychania (AT4)
Aktywność oddychania określana jest np. za pomocą Sapromatu. Powstający przy rozkładzie dwutlenek węgla wchłaniany jest przez wodorotlenek sodowy, przez co w zestawie powstaje podciśnienie. Potrzebna do wyrównania ciśnienia
Wpływ czasu przetwarzania na sumę wytworzonego gazu (materiał MBP < 20 mm)
suma wytworzonego gazu [Nl/kg s.m.]
czas trwania testu [dni]
Zell am See (14 Wochen) Bassum (11 Wochen) Zell am See (16 Wochen) Lüneburg (16 Wochen)
Wpływ czasu przetwarzania na aktywność oddychania (materiał MBP < 20 mm)
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
Zell am See (14 tygodni) Bassum (11 tygodni) Zell am See (16 tygodni) Lüneburg (16 tygodni)
Wartość graniczna AT4 = 7 mg O2/g s.m.
Ryc. 35. Aktywność oddychania (mg O2/g s.m.) materiału po różnym czasie mechaniczno-biologicznego przetwarzania
Ryc. 36. Korelacja pomiędzy aktywnością oddychania (AT4) oraz sumą wytwarzania gazu (GS21) materiału po mechaniczno-biologicznym przetwarzaniu z małą do średniej reaktywnością
Gasspendensumme in 21 Tagen [Nl/kg TM]
0
Związek pomiędzy tworzeniem się gazu (GS21) a aktywnością oddychania (AT4)
AT4 [mg O2/g s.m.]
50 próbek:
r = 0,849
suma wytworzonego gazu w czasie 21 dni [Nl/kg s.m.]
AT4 = 7 mg O 2 /g s.m.
GS21 = 20 Nl/kg s.m.
badanie biegłości
opóźnienia (współczynnik korelacji wzrasta do r = 0,886). Porównanie z ryciną
Związek pomiędzy tworzeniem się gazu (GS21) a aktywnością oddychania (AT4)
50 próbek:
r = 0,886 GS21 = 20 Nl/kg s.m.
AT4 skoryg. [mg O₂/g s.m.]
suma wytworzonego gazu w czasie 21 dni [Nl/kg s.m.]
AT4 = 7 mg O₂/g s.m.
Aktywność oddychania materiału po stabilizatorze obrotowym DANO
wpływ na fazę opóźnienia
Koniec fazy opóźnienia
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
Wartość graniczna AT4 = 7 mg O2/g s.m.
czas trwania testu [dni]
Próbka 1
8.2. p
rzyczynyBłędnych interpretacjiZaniżone wyniki przy oznaczaniu aktywności oddychania
Pomimo szczegółowego opisu dotyczącego toku analizy nie da się wykluczyć możliwości uzyskania zaniżonych wyników, co pokazuje rycina 39. Kropkowana linia obrazuje przebieg aktywności oddychania dla odpadów resztkowych prze-twarzanych przez 15 tygodni na napowietrzanej płycie kompostowej (instala-cja Wendelina). Jak można było się spodziewać, po takim okresie przetwarzania zostały dotrzymane wartości graniczne zgodnie z rozporządzeniem o składowi-skach (AT4 = 5,4 mg O2 /g s.m.). Faza opóźnienia do czwartego dnia nie była wi- doczna, dlatego zgodnie z rutynowym przebiegiem oznaczenia, badanie to zo- stałoby po 4 dniach zakończone. W prowadzonym równolegle teście inkubacyj-nym została zdecydowanie przekroczona graniczna wartość (GS21). Wynosi ona 35 Nl/kg s.m.
Przedstawienie przebiegu krzywej aktywności oddychania przez 10 dni po-zwala przypuszczać, że z biegiem czasu badania wzrasta również reaktywność (ryc. 39). Z tego też powodu przeprowadzono następne podwójne oznaczenie (w oparciu o materiał zakonserwowany poprzez głębokie zamrożenie). Linia prze- rywana ukazuje przebieg podobny do pierwszej analizy. Przedłużenie czasu bada- nia do 26 dni świadczy o tym, że począwszy od szóstego dnia wzrasta reaktyw-ność. Po rachunkowo przeprowadzonej kompensacji fazy opóźnienia wynoszącej 6 dni (patrz linia ciągła) uzyskana została znacznie wyższa wartość aktywności oddychania (AT4 = 13,4 mg O2/g s.m.).
Późniejsze badania w omawianej mechaniczno-biologicznej instalacji wyka-zały, że podczas biologicznego przetwarzania odpadów resztkowych wystąpiły
Ryc. 39. Wpływ fazy opóźnienia na wyniki aktywności oddychania materiału Dreifachansatz über 10 Tage AT4 = 5,4 mgO2/g TM
Aktywność oddychania – wpływ fazy opóźnienia czas przetwarzania 15 tygodni
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
GS21 = 35 Nl/kg s.m.
Wartość graniczna AT4 = 7 mg O2/g s.m.
Pomiar oryginalny Potrójny pomiar przez 10 dni AT4 = 5,4 mg O2/g s.m.
Powtórzenie
Pomiar podwójny przez 26 dni AT4 = 3,4 mg O2/g s.m.
Powtórzenie skorygowane (faza opóźnienia = 6 dni) AT4 = 13,4 mg O2/g s.m.
dłuższe okresy z niedoborem tlenu. Takie warunki środowiskowe doprowadziły, oprócz stagnacji rozkładu, również do uszkodzenia (hamowania) mikroorgani-zmów, co spowodowało bardzo długą fazę opóźnienia.
Jednak nie tylko długie fazy opóźnienia mogą prowadzić do zaniżonych wyni-ków. Również w trakcie badania przetworzonych wstępnie w okresie 20 tygodni odpadów resztkowych zauważono odchylenie wartości aktywności oddychania od oczekiwanego wyniku (ryc. 40). Krzywa punktowa pokazuje przebieg aktywno-ści oddychania oryginalnej próby (AT4 = 5,8 mg O2/g s.m.). W 11-dniowym okresie badania próba nie wykazała obecności fazy opóźnienia.
Z badań M. Widerina [52] wiadomo, że suszenie, wykonywane w trakcie przygotowań próby, prowadzi do znacznie zaniżonych wyników. Z racji tego, że dostarczony do laboratorium materiał był dość suchy (wilgotność – 26%), przy-puszczano, że doszło do ustabilizowania się materiału podczas przetwarzania.
Aby polepszyć warunki życia tlenowych mikroorganizmów, materiał został właści- wie nawilgocony, umieszczony w aluminiowym pojemniku i „wstępnie napowie-trzony” poprzez pozostawienie go w warunkach pokojowych na okres 20 godzin (w razie potrzeby materiał był nawilgacany). W ten sposób wstępnie napowie- trzona próbka (ciągła krzywa) wykazała, w odniesieniu do próby oryginalnej, wy-raźnie podwyższoną aktywność oddychania (AT4 = 23,1 mg O2/g s.m.). Ponowne osuszenie przy 48-godzinnym napowietrzaniu wstępnym (krzywa punktowa) daje (mimo ponownego nawilżenia przed rozpoczęciem próby) oczekiwany wynik, na
Ryc. 40. Wpływ napowietrzenia próbki na wyniki pomiarów aktywności oddychania materiału zakłóconego efektem hamowania pochodzącego z mechaniczno-biologicznego przetwarzania
(czas przetwarzania – 20 tygodni) 0
10 20 30 40 50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
448 h przewietrzania 20 h przewietrzania Próbka oryginalna
Aktywność oddychania – wpływ efektów opóźniających czas biologicznego przetwarzania 20 tygodni
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
Wartość graniczna AT4 = 7 mg O2/g s.m.
AT4=23,1 mg O2/g s.m.
AT4 świeża=5,8 mg O2/g s.m.
AT4=1,7 mg O2/g s.m.
poziomie jeszcze niższej aktywności oddychania (AT4 = 1,7 mg O2/g s.m.) niż przy oryginalnej próbie.
Do oszacowania wpływu napowietrzenia wstępnego na wyniki zużycia tlenu w Sapromacie, przeprowadzono dalsze analizy. Dla porównania przetestowano krótko przetwarzane odpady resztkowe (3 tygodnie napowietrzane na płycie kompostowej) i wystarczająco ustabilizowane odpady resztkowe (przetwarzane rzanym materiale już po 2 godzinach napowietrzania wstępnego (krzywa przery-wana kreska/punkt) wykazywany jest wzrost aktywności oddychania z AT4 = 21 mg O2/g s.m. (próba oryginalna – krzywa punktowa) na AT4 = 38 mg O2/g s.m.
Dla ścisłości należy zauważyć, że rachunkowa kompensacja faz opóźnienia (w obu próbach) nie prowadzi do żadnych zmian wartości aktywności oddycha-nia (wartości w nawiasach na ryc. 41 są bez kompensacji faz). Powodem tego jest fakt, że aktywność spada bardzo mocno już po 4 dniach. Przypuszcza się, że
Aktywność oddychania – wpływ przewietrzania czas biologicznego przetwarzania 3 tygodnie
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
Faza opóźnienia
AT4 = 46,3 mgO2/g s.m.
AT4 = 38,6 mg O2/g s.m.
AT4 = 37,9 (38,1) mg O2/g s.m.
AT4 = 21,0 (21,0) mg O2/g s.m.
względnie spadek aktywności zostanie przesunięty co najmniej na czas dłuższy
Rycina 43 pokazuje przebieg aktywności oddychania materiału wejściowe-go w pewnej kompostowni bioodpadów. Po 2 dniach trwania próby dochodzi do zahamowania rozkładu tlenowego w naczyniu badawczym. Ponieważ można wykluczyć, że zapotrzebowanie tlenowe przekracza ilość powietrza dostarczaną poprzez Sapromat, dlatego wynik uzasadniono niekorzystnymi warunkami śro-dowiskowymi badanego materiału. Z tego powodu naczynie reakcyjne zostało
Aktywność oddychania – wpływ przewietrzania czas biologicznego przetwarzania 13 tygodni
AT4 = 7,7 mg O2/g s.m. aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
nicznej (np. glukozy) (ryc. 44). W ramach pewnego projektu został zbadany efekt tlenowego przetwarzania na reaktywność przefermentowanego osadu. W tym celu przetwarzano przez 5 dni w laboratorium w sposób tlenowy przefermento-wany osad ściekowy. Niespodziewanie, przetwarzany tlenowo osad wykazywał zwiększoną reaktywność. Dlatego w obu przypadkach, na krótko przed końcem doświadczenia, dodano glukozy. Podczas gdy przy beztlenowo przetwarzanym osadzie (ciągła krzywa) zabieg ten nie wnosi żadnych zmian, to przy przez 5 dni Wietrzenie i nawilżanie badanej próbki
Oszacowanie AT4 przy maksymalnej aktywności (3 dni) AT4 skoryg. = 55,1 mg O2/g s.m.
AT4 skoryg = 25 mg O2/g s.m.
Aktywność oddychania świeżego bioodpadu wpływ efektów hamujących
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
Ryc. 44. Wpływ efektów hamujących lub toksycznych na wyniki oznaczania aktywności
Ansatz 4 (30d anaerob + 5d aerob)
Ansatz 3 (30d anaerob)
AT4 = 67 mgO2/g TM AT4 = 24,6 mgO2/g TM
Aktywność oddychania osadu nadmiarowego zbadanego pod kątem efektów hamujących
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
Pom. 4 (30 dni beztlenowo + 5 dni tlenowo) Pom. 3 (30 dni tlenowo) AT4 = 67 mg O2/g s.m.
AT4 = 24,6 mg O2/g s.m.
Dodanie glukozy Dodanie glukozy
Szczepienie materiałem po wieży fermentacyjnej
w tlenowo przetwarzanym osadzie (przerywana krzywa) wzrasta aktywność.
Z tego można wywnioskować, że intensywne napowietrzanie jest oczywistą przy-czyną wyeliminowania efektów hamujących.
Zawyżone wyniki przy oznaczaniu aktywności oddychania
oddychania pewnego osadu nadmiernego, który został alternatywnie, tlenowo i beztlenowo, przetworzony w testach laboratoryjnych. Testy były prowadzone w środowisku płynnym, a próbka poddawana ciągłemu mieszaniu. Wartości aktyw-ności oddychania (AT4 = 27,4 mg O2 /g s.m.) przewyższyły wartości, które były ocze-kiwane na podstawie określenia sumy wydzielanego gazu. W technologii ściekowej
Aktywność oddychania osadu ściekowego po beztlenowo/tlenowym przetwarzaniu
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
Bez ATH: AT4 = 27,4 mg O2/g s.m.
z ATH: AT4 = 20,6 mg O2/g s.m.
Pom. 8 bez ATH (5 dni tlenowo + 30 dni beztlenowo + 5 dni tlenowo + 30 dni beztlenowo) Pom. 8 z ATH
(5 dni tlenowo + 30 dni beztlenowo + 5 dni tlenowo + 30 dni beztlenowo)
truciu wynika z procesu chemicznego i musi zostać odjęte od całkowitego zużycia.
Zostanie to zobrazowane (ryc. 46) na przykładzie pewnej próby starego materiału – osadu z fabryki papieru po 10 latach składowania na składowisku. Wywoła- materiału przez zbyt intensywne napowietrzanie, niedostateczne zaopatrzenie w tlen – możliwość fazy opóźnienia oraz efektu wyhamowania procesu. W niektórych przypadkach – takich jednak nie potwierdzono jeszcze w ma-teriałach pochodzących z mechaniczno-biologicznego przetwarzania – zostały również uzyskane wyniki zawyżone. Zasady pomiaru Sapromatem identyfikują podciśnienie jako zużycie tlenu. Również podciśnienie, wywołane reakcją
che-Ryc. 46. Wpływ, wywołanego przez reakcję chemiczną, tworzenia się podciśnienia na wyniki
aktywność oddychania [mg O2/g s.m.]
czas trwania testu [dni]
Sumaryczne AT4 = 0,8 mg O2/g s.m
„Chemiczne zapotrzebowanie na tlen”
AT4 = 0,1 mg O2/g s.m.
Pom. Próbka oryginalna Pom. Próbka „zatruta”
Biologiczne zapotrzebowanie na tlen AT4 = 0,7 mg O2/g s.m.
miczną lub nitryfikację/denitryfikację, jest wykazywane jako zużycie tlenu. Po-przez dodanie N-Allilotiomocznika (ATH) lub azydku sodu, tego typu efekty mogą, podczas badań osadu i starych materiałów, zostać rozpoznane lub rachunkowo skompensowane.
Ze względu na to, że niedociągnięcia występujące w trakcie przetwarzania od- padów nie są znane analitykowi w trakcie badania, dla prawidłowej oceny reak-tywności biologicznej zasadne jest przeprowadzenie na „nieznanym” materiale równoległych testów tlenowych i beztlenowych.