Franciszek CzyŜyk, Agnieszka Rajmund
Dolnośląski Ośrodek Badawczy we Wrocławiu, Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach
Wstęp
Jednym ze sposobów zagospodarowania osadów ściekowych jest ich wyko-rzystanie w rolnictwie, po odpowiedniej przeróbce i unieszkodliwieniu pod względem sanitarnym. Muszą one spełniać wymagania obowiązujących aktualnie przepisów dotyczących komunalnych osadów ściekowych [ROZPORZĄDZENIE MŚ 2002]. Pod tym względem najkorzystniejsze są osady ze ścieków wiejskich i z małych miast nieuprzemysłowionych, które na ogół nie zawierają nadmiernych ilości metali cięŜkich [CZYśYK,KOZDRAŚ 2004].
Kompostowanie osadów ściekowych jest jednym z zalecanych i najprostszych sposobów ich przygotowania do wykorzystania w rolnictwie [BÖHME 1957; SIUTA i in.
1996;KRZYWY i in. 2000; CZYśYK i in. 2001]. Proces kompostowania osadów ściekowych musi być prowadzony tak, aby otrzymać kompost bezpieczny pod względem sanitarnym. Dlatego konieczne jest uzyskanie w pryzmach kompostowych temperatury 55-60°C, niezbędnej do zniszczenia organizmów chorobotwórczych, a zwłaszcza bakterii Salmonella. Jaja pasoŜytów przewodu pokarmowego giną w takich temperaturach stosunkowo szybko (po kilku godzinach), natomiast niektóre serotypy bakterii Salmonella mogą przeŜyć w temperaturze 60°C do dwóch dób, a przy 55°C nawet tydzień [WEF 1995]. Uzyskanie takich temperatur w pryzmach kompostowych wiąŜe się z duŜymi ubytkami suchej masy, węgla organicznego i substancji organicznej.
W pracy przedstawiono wyniki badania ubytków suchej masy, węgla orga-nicznego i substancji organicznej w procesie pryzmowego kompostowania osadu ściekowego z odpadami roślinnymi, przeprowadzonego w okresie od czerwca 2007 do maja 2008 r.
Metody badań
Pryzma kompostowa została ułoŜona na płycie betonowej, izolowanej od podłoŜa folią, wykonanej ze spadkiem powierzchni w kierunku umieszczonej w środku płyty perforowanej rury zbierającej i odprowadzającej odcieki do szczelnej studzienki.
Perforowana rura umoŜliwiała takŜe dopływ powietrza i polepszała napowietrzanie dolnej części pryzmy. Do kompostowania uŜyto stabilizowany osad z typowej wiejskiej mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków w Dobroszycach (pow. Oleśnica),
F. CzyŜyk, A. Rajmund 90
który zmieszano z pociętą trawą i trocinami drzewnymi. Dodanie materiałów roślinnych było niezbędne dla uzyskania wymaganego początkowego stosunku C : N i C : P w kompostowanej masie. Przed ułoŜeniem pryzmy wykonano analizy fizyko-chemiczne osadu, zielonej masy traw oraz trocin, oznaczając w tych materiałach zawartości suchej masy, substancji organicznej, węgla organicznego, azotu i fosforu. Oznaczenia wykonano następującymi metodami: sucha masa - wagowo, po wysuszeniu w temp.
105°C, substancja organiczna - wagowo, po wypraŜeniu komponentów w temp. 550°C, węgiel organiczny - metodą Tiurina, azot całkowity - metodą Kjeldahla oraz kolorymetrycznie, fosfor - kolorymetrycznie.
Proporcje komponentów masy kompostowej ustalono na podstawie zawartego w nich węgla organicznego i azotu tak, aby uzyskać wyjściowy stosunek C : N = 20 : 1.
Taki stosunek przyjęto w oparciu o wcześniejsze badania, których wyniki wykazały, Ŝe przy kompostowaniu osadów z trudno rozkładalnymi materiałami, jak np. słomą czy trocinami, konieczny jest zawęŜony stosunek C : N, aby uzyskać temperatury niezbędne do higienizacji kompostu. Przy C : N = 20 : 1 uzyskano w pryzmach temperatury ponad 60°C. Przy bardziej zawęŜonym stosunku C : N temperatura przekraczała nawet 70°C [CZYśYK i in. 2001; CZYśYK, KOZDRAŚ 2004].
Wyjściowy stosunek C : P w kompostowanej masie wynosił około 80 : 1, a wilgotność 51%. Całkowity początkowy cięŜar pryzmy wynosił 975 kg, w tym sucha masa stanowiła 478 kg. Stosunek suchej masy osadu ściekowego do suchej masy traw i trocin kształtował się w przybliŜeniu jak 1 : 1,3 : 1,3.
W okresie kompostowania korygowano wilgotność pryzmy (przez polewanie wodą i odciekom, które w całości były zawracane na pryzmę) oraz napowietrzanie - przez jej przemieszania. Mierzone teŜ były systematycznie temperatury w 5 punktach poprzecznego przekroju pryzmy, przy uŜyciu termometru cyfrowego typu EMT - 50.
Po 120 dniach kompostowania i po roku zwaŜono całą pryzmę oraz pobrano średnie próby kompostu do badań laboratoryjnych. Badania te wykonano metodami powszechnie stosowanymi w laboratoriach [HERMANOWICZ i in.1999;ZESTAW NORM 1999].
Wyniki badań
Oznaczone laboratoryjnie zawartości głównych składników w kompostowanych materiałach podane są w tabeli 1. Są to zawartości zbliŜone do przeciętnych w tego rodzaju materiałach. Jedynie w trawie wystąpiła bardzo duŜa zawartość substancji mineralnych. Trawa była jednak silnie zanieczyszczona glebą, wskutek niskiego koszenia i występujących kretowisk.
Przebieg temperatur w pryzmie kompostowej oraz temperatur powietrza w czasie pomiarów przedstawiony jest na rysunku 1. Maksymalne temperatury, dochodzące do 66°C, wystąpiły między 10 a 16 dniem kompostowania. W tym czasie równieŜ temperatury średnie w poprzecznym przekroju pryzmy były wysokie (55-58°C).
Tabela 1; Table 1 Zawartość niektórych składników w kompostowanych materiałach
Contents of some components in composted materials
Składnik; Component Jednostka; Unit Osad
Sewage sludge Trawa Grass
Trociny Sawdust
Woda; Water % 74 37 22
Sucha masa; Dry matter % 26 63 78
UBYTEK SUCHEJ MASY, WĘGLA I SUBSTANCJI ORGANICZNEJ ... 91 Węgiel organiczny; Organic carbon g C⋅kg-1 s.m.; DM 306,2 390,8 457,8 Substancja organiczna; Organic matter g⋅kg-1 s.m.; DM 751,3 873,2 982,3 Substancja mineralna; Mineral matter g⋅kg-1 s.m.; DM 248,7 126,8* 17,7
N og.; N tot. g N⋅kg-1 s.m.; DM 54,55 20,59 3,37
P og.; P tot. g P⋅kg-1 s.m.; DM 15,34 1,85 0,54
* trawa bardzo zanieczyszczona glebą; grass highly contaminated with soil
Rys. 1. Przebieg średniej i maksymalnej temperatury w pryzmie oraz temperatury powietrza w okresie kompostowania
Fig. 1. Course of mean and maximum temperature in the pile and air temperature during the period of composting
Po 17 dniach kompostowania temperatury były niŜsze i przez kolejne 20 dni oscylowały w granicach okolo 50°C. Według niektórych autorów [WASIAK 1994] takie temperatury i czas ich trwania są wystarczające do odkaŜenia kompostu. W następnym okresie temperatury w pryzmie stopniowo się obniŜały i po 4 miesiącach (od początku kompostowania) nastąpiło ich zbliŜenie do temperatury powietrza atmosferycznego, co moŜna uznać za zakończenie procesu kompostowania. Materiał pryzmy osiągnął wygląd i strukturę podobną do tzw. ziemi ogrodniczej.
W tabeli 2 przedstawiono zawartości niektórych składników na początku doświadczenia, po 4 miesiącach kompostowania i po upływie roku od jej załoŜenia. Na
F. CzyŜyk, A. Rajmund 92
podstawie tych zawartości oraz cięŜaru całej pryzmy i jej wilgotności obliczono ubytki suchej masy, C org. i substancji organicznej (tab. 3). Uzyskane wyniki świadczą o duŜych ubytkach tych składników w kompoście, w zaleŜności od czasu. Po 120 dniach kompostowania ubytek suchej masy wyniósł ponad 47%, a po dalszych 8 miesiącach składowania (dojrzewania) kompostu wzrósł do 54,4% w stosunku do ilości początkowej w pryzmie.
Tabela 2; Table 2 Zawartości niektórych składników w kompoście
Content of some components in the compost Składnik; Component Jednostka; Unit Początkowy
materiał zawartości C org., w kompostowaniu nieco innych materiałów, wykazali PATORCZYK -PYTLIK i in. [1999] oraz CZEKAŁA i in. [1999]. W kompostowaniu kontenerowym (w skrzyniach) osadu ściekowego z dodatkiem trocin oraz słomy przeprowadzonym przez CIEĆKĘ i in.[2001] spadki były mniejsze i wynosiły 14,9-24,1% C org. Przyczyną tego był zapewne znacznie szerszy początkowy stosunek C : N w stosowanej przez nich masie kompostowej.
W wyniku ubytku ilości suchej masy kompostu oraz zmniejszenia zawartości węgla, wystąpił znaczny ubytek jego ogólnej ilości w pryzmie kompostowej, wyno-szący 58,9% po 120 dniach kompostowania (tab. 3). Ubytek ten wzrósł o ponad 8% po przetrzymywaniu kompostu przez dalsze 8 miesięcy i wynosił 65,6%. Podobnie kształtowało się zmniejszenie ogólnej ilości substancji organicznej w pryzmie kompostowej. Wyniosło ono odpowiednio 56,0% i 64,7%.
Tabela 3; Table 3 Ubytki suchej masy, C org. i substancji organicznej podczas kompostowania po roku
Loss of dry matter, C org. and oforganic matter in the period of composting and after a year
Składnik; Component Materiał
UBYTEK SUCHEJ MASY, WĘGLA I SUBSTANCJI ORGANICZNEJ ... 93 after 120 days after a year cięŜar
weight (kg)
ubytek loss (%)
cięŜar weight (kg)
ubytek loss (%)
Sucha masa; Dry matter 478 253 47,0 218 54,4
Węgiel organiczny; Organic carbon 195,1 80,1 58,9 67,2 65,6
Substancja organiczna; Organic matter 402 177 56,0 142 64,7
Wnioski
1. W procesie kompostowania osadu ściekowego z odpadami roślinnymi, przy zawęŜonym stosunku C : N = 20 : 1 uzyskuje się temperatury (maksymalna 66°C i średnie 55-58°C) i okres ich trwania wystarczające do higienizacji kompostu.
2. Kompostowanie, jako proces egzotermiczny, powoduje duŜe ubytki suchej masy, węgla organicznego i substancji organicznej. W procesie pryzmowego kompostowania osadu ściekowego z zieloną masą traw i trocinami drzewnymi, trwającym 120 dni, ubytek suchej masy wynosi 47,0%, a ubytki C org. i substancji organicznej stanowią 56-58% ich ilości początkowej.
3. Z upływem czasu tempo zwiększania ubytków suchej masy, C org. i substancji organicznej maleje. W okresie dojrzewania kompostu w pryzmach wynosi średnio okolo 1% miesięcznie.
Literatura
BÖHME L. 1957. Compostierung von Klarschlamm nach dem Verfahren natürlicher compostierung. Landvirtschaft. Heft 12: 1-83.
CIEĆKO Z., HARNISZ M., NAJMOWICZ T. 2001. Dynamika zawartości węgla i azotu w osadach ściekowych podczas ich kompostowania. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 475:
253-262.
CZEKAŁA J.,JAKUBUS M.,MOCEK A.,OWCZARZ A.1999. MoŜliwość wykorzystania osadów ściekowych i odpadu tytoniowego do produkcji kompostów. Zesz. Nauk. AR Szczecin 77: 45-50.
CZYśYK F.,KUCZEWSKA M.,SIERADZKI T.2001. Wstępne wyniki badań kompostowania płynnych osadów ściekowych ze słomą. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 475: 263-269.
CZYśYK F.KOZDRAŚ M.2004. Właściwości chemiczne i kompostowanie osadów z wiej-skich oczyszczalni ścieków. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T. 4, 2a(11): 559-569.
HERMANOWICZ W.,DOśAŃSKA W.,DOJLIDO J.,KOZIOROWSKI B.,ZERBE J.1999. Fizyczno-chemiczne badania wody i ścieków. Arkady, Warszawa: 540 ss.
KRZYWY E.,WOŁOSZYK C.,IśEWSKA A.2000. Ocena moŜliwości rolniczego wykorzystania kompostów z osadów z komunalnych oczyszczalni ścieków, w: Charakterystyka i zagospodarowanie osadów ściekowych. Bydg. Tow. Ściek. Seria A 30: 29-35.
PATORCZYK-PYTLIK B., SPIAK Z.,GEDIGA K. 1999. Ocena moŜliwości rolniczego wyko-rzystania osadów ściekowych z zakładów przetwórstwa drobiowego. Cz. I. Wpływ procesu kompostowania na zmiany składu chemicznego osadów przemysłu drobiowego.
Zesz. Nauk. AR Szczecin 77: 311-316.
ROZPORZĄDZENIE MŚ2002. Z dnia 1.08.2002 w sprawie komunalnych osadów
ście-F. CzyŜyk, A. Rajmund 94
kowych. Dz. U. Nr 134, poz. 1140.
SIUTA J.,WASIAK G.,CHLOPECKI K.,KAŹMIECZUK M.,JOŃCA M.,MAMELKA-SUŁEK S.1996.
Przyrodniczo techniczne przetwarzanie osadów ściekowych na kompost. IOŚ Warszawa: 40 ss.
WASIAK G.1994. Wytwarzania, właściwości i gospodarka osadami ściekowymi w Polsce na tle Zachodniej Europy i USA. Mat. sem. nauk. - techn. „Przyrodnicze uŜytkowanie osadów ściekowych”. Warszawa, październik 1994 IOŚ, AG-CHEM EQ CO. INC:
11-23.
WEF1995. Wastewater residuals stabilisation. MOP FD-9, Water Envir. Fed., Alek-sandria, VA: 244 ss.
ZESTAW NORM 1999. Woda i ścieki. Wyd. Normalizacyjne Alfa-Wero. Warszawa.
Słowa kluczowe: osad ściekowy, odpady roślinne, kompostowanie, ubytki skła-dników
Streszczenie
W badaniach zastosowano do kompostowania odwodniony osad ściekowy z mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków wiejskich. Osad kompostowano z dodatkiem trocin drzewnych i zielonej masy traw, w proporcjach dających po-czątkowy stosunek C : N = 20 : 1 w kompostowanej masie.
Podczas kompostowania maksymalne temperatury w pryzmie dochodziły do 66°C pomiędzy 10-16 dniem, a średnie temperatury w tym czasie wahały się od 55 do 58°C. Później temperatury stopniowo obniŜały się i po 120 dniach kompostowania zbliŜyły się do temperatury powietrza atmosferycznego, co oznaczało koniec kompostowania. Materiał pryzmy osiągnął wygląd i strukturę podobną do tzw. ziemi ogrodniczej.
Kompostowanie, jako proces egzotermiczny, spowodowało bardzo duŜe ubytki suchej masy, węgla i substancji organicznej. W procesie pryzmowego kompostowania osadu ściekowego z odpadami roślinnymi, trwającym 120 dni, ubytek suchej masy wyniósł 47%, a ubytki C org. i substancji organicznej stanowiły 56-58% ich ilości początkowej. W okresie przetrzymywania (dojrzewania) kompostu przez dalsze 8 miesięcy, czyli do roku od rozpoczęcia kompostowania, ubytki wyŜej wymienionych składników zwiększyły się do ok. 65%, czyli przeciętnie wynosiły 1% miesięcznie.
LOSS OF DRY MASS, CARBON AND ORGANIC SUBSTANCE IN THE PRISMATIC COMPOSTING PROCESS
OF SEWAGE SLUDGE WITH PLANT WASTES
Franciszek CzyŜyk, Agnieszka Rajmund Regional Division Wrocław,
Institute for Land Reclamation and Grassland Farming, Falenty
Key words: sewage sludge, plant wastes, composting, loss of components
Summary
UBYTEK SUCHEJ MASY, WĘGLA I SUBSTANCJI ORGANICZNEJ ... 95 Used for composting in the study was dehydrated sewage sludge from mechanical and biological rural sewage wastewater treatment plant. The sludge was subjected to composting with the addition of wood sawdust and green mass of grass, in the proportions giving the initial ratio C : N = 20 : 1 in the composted mass.
During composting, maximum temperatures in the prism reached up to 66°C between 10th to 16th day, and mean temperatures during this period fluctuated from 55 to 58°C. Later, the temperatures gradually decreased and after 120 days of composting, approached the temperature of atmospheric air which denoted the end of composting.
Prism material attained the appearance and structure similar to the so-called horticultural soil.
As an exothermic process, composting caused significant loss in dry mass, carbon and organic substance. During prismatic composting of sewage sludge with plant waste, lasting 120 days, the loss of dry mass amounted to 47%, and the loss of C org. and organic substance amounted to 56-58% of their initial amount. During kepping (maturing) period of compost for further 8 months, that is, up to a year from the beginning of composting, the loss of the above-mentioned components increased to about 65%, that is, amounting, on average, to 1 % monthly.
Prof. dr hab. Franciszek CzyŜyk
Dolnośląski Ośrodek Badawczy we Wrocławiu Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach ul. Gen. Z. Berlinga 7
51-209 WROCŁAW e-mail: imuzwroc@wp.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 533: 97-116