Kompostowanie osadów ściekowych


Forum eksploatatora nr 02/2001

Autor:

dr inż. Roman Sobczyk

KOMPOSTOWANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH

Użytkowanie osadów ściekowych bez ich uprzedniej transformacji wiąże się z ograniczeniem ich zastosowania wynikającego z cech fizycznych, chemicznych i mikrobiologicznych osadów.

Już sama wilgotność osadów nawet po odwodnieniu urządzeniami mechanicznymi średnio do ok. 80%, utrudnia prowadzenie prac związanych z transportem i aplikacją na grunty. Osady słabo ustabilizowane nadal wydzielają nieprzyjemne zapachy, a ich zwarta i niestabilna struktura powoduje że w miarę wysychania ulegają zbrylaniu - tworząc niekorzystne warunki powietrzne dla mikroorganizmów i rozwijających się w nich roślin wyższych. Większość osadów badanych w krajowych oczyszczalniach ścieków, nawet po stabilizacji, posiada przekroczenia wskaźników sanitarnych. Również zawartość metali ciężkich występująca w osadach ogranicza możliwość ich wykorzystania, czy użycia większych dawek na jednostkę powierzchni [ 6, 10].

Wykorzystanie osadów do nawożenia i rekultywacji gruntów uwarunkowane jest również porą roku. Z oczywistych względów okres miesięcy zimowych (tereny zamarznięte i pokryte śniegiem) pozbawia oczyszczalnię możliwości aplikacji osadów na grunty. Istotne jest w tym przypadku posiadanie zbiorników do czasowego magazynowania osadu. W dobrej sytuacji są niewielkie oczyszczalnie wytwarzające odpowiednio małe ilości osadów. W przypadku oczyszczalni produkujących duże ilości osadów (nawet po odwodnieniu) zbiornikiem czasowego magazynowania może być jedynie duży plac składowy lub laguna osadowa, w której osady narażone są na ponowne uwodnienie spowodowane opadami atmosferycznymi.

Kompostowanie osadów ściekowych jest naturalną, biologiczną metodą ich przeróbki stosowaną w celu higienizacji i przygotowania osadów dla potrzeb przyrodniczego wykorzystania. W wyniku kompostowania osadów z materiałem strukturalnym uzyskujemy wysokowartościowy nawóz organiczny - kompost. Różni się on zdecydowanie swoimi właściwościami fizyko - chemicznymi od osadów. Dobry kompost wyglądem przypomina urodzajną, gruzełkowatą glebę, o swoistym zapachu i ustabilizowanym składzie, pozbawioną zanieczyszczeń mikrobiologicznych oraz nadmiaru metali ciężkich, bogatą w składniki pokarmowe. Znaczenie kompostu polega nie tylko na zawartości składników nawozowych, lecz i na tym, że pod wpływem materii organicznej polepszają fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleb, prowadząc do zwiększenia ich żyzność. [3, 4, 5, 6, 10, 12].

Pomimo zdecydowanie większych kosztów związanych z transformacją osadów ściekowych na kompost, wielu użytkowników oczyszczalni decyduje się na zastosowanie techno logii kompostowania, ponieważ "pozbycie" się kompostu jest zazwyczaj dużo łatwiejsze od zagospodarowania osadów.

Bariera psychologiczna i brak doświadczeń w kraju powoduje, że potencjalni użytkownicy osadów niechętnie przyjmują je na swoje grunty pomimo przedstawianych wyników badań i zapewnień kierownictwa oczyszczalni.

W tym miejscu należałoby również zwrócić uwagę na fakt, że klimat tworzony przez niektóre jednostki samorządu terytorialnego - decydujące zgodnie z Ustawą o odpadach o kierunkach gospodarki odpadami, nie sprzyja rolniczemu wykorzystaniu osadów ściekowych. Pomimo propagowania przez krajowe ośrodki naukowe oraz stowarzyszenia techniczne (konferencje, seminaria naukowo -techniczne, informacja w czasopismach branżowych itp.) tematyki gospodarki osadami ściekowymi, poziom wiedzy zarówno środowisk rolniczych jak i wielu decydentów mających wpływ na sposób zagospodarowania osadów jest nadal zbyt niski, aby można było w najprostszy sposób (zgodny z krajowymi przepisami prawnymi) rolniczo wykorzystywać osady ściekowe.

Bariera strachu przed odpadami znika w momencie, kiedy do sprzedaży oferowany jest wytworzony z niech kompost. Potencjalny użytkownik kompostu, akceptuje tego typu nawozy organiczne, nie zawsze wnikając z czego powstały.

Spośród potencjalnych komponentów służących do wytwarzania kompostu, wymienić można osady z biologicznego oczyszczania ścieków, odpady z gospodarstw rolnych (pomiot kurzy, obornik, słoma), masy roślinne z terenów zurbanizowanych i niezurbanizowanych (listowie drzew, trawa, konary i pędy drzew), odpady bytowo-gospodarcze (odpady ze stołówek, przeterminowane produkty spożywcze, papier, zmiotki), odpady przetwórstwa rolno-spożywczego (odpady poubojowe, wywary, wysłodki, wytłoki itp.), odpady przemysłu celulozowo-papierniczego (masa łapana, odpadowe frakcje drewna), oraz wiele innych [1, 3, 7, 9, 10].

Wymienione, przykładowe komponenty, przetworzone wspólnie na kompost tracą swoje pierwotne właściwości biologiczne, a daleko idące zmiany struktury fizycznej spowodowane biodegradacją substancji organicznej powodują, ze mamy do czynienia z produktem stabilnym.

Podczas długotrwałego kompostowania resztki materii organicznej zatracają swój pierwotny wygląd i nabierają koloru ciemnobrązowego; nie można już rozpoznać ani części roślin, ani szczątków zwierząt. Skład tej mieszaniny jest zmienny, w zależności od typu odpadów, z której powstała, charakteru intensywności rozkładu uwarunkowanego intensywnością przemian.

Proces kompostowania przebiega prawidłowo gdy stosunek węgla do azotu w stosowanych komponentach wynosi od 20:1 do 30:1. Podczas procesu stosunek C/N staje się coraz węższy. W miarę rozkładu ulatnia się dwutlenek węgla, a substancje azotowe gromadzą się w organizmach prowadzących rozkład. W świeżym materiale roślinnym stosunek C/N może wynosić 20:1, u gatunków bogatych w azot jak np. rośliny motylkowe, podczas gdy w roślinach drzewiastych lub ubogich w azot stosunek ten może sięgać rzędu 50:1 (w słomie owsianej) lub nawet 500:1 (w trocinach) [3, 4, 5, 8, 10, 12].

Najbardziej efektywnymi sposobami kompostowania są technologie komorowe przy zastosowaniu bioreaktorów lub kompostowni kontenerowych, umożliwiające pełne sterowanie warunkami procesowymi [ 1, 8, 11]. Kompostowanie komorowe jest jednak procesem drogim inwestycyjnie. Dużo tańszym jest kompostowanie w pryzmach [12].

Efektywność procesu kompostowania wspomaga się w tym przypadku stosując dodatkowe napowietrzanie pryzm. Wybór technologii przetwarzania osadów ściekowych uzależniony jest od wielu czynników spośród których wymienić można:

  • ilość i jakość osadów
  • lokalizację oczyszczalni i możliwości terenowe
  • możliwość pozyskania materiału strukturalnego i innych komponentów do kompostowania

Należy pamiętać, że kompostowanie to nie tylko sam proces technologiczny. Decydując się na kompostowanie osadów na oczyszczalni musimy pamiętać przede wszystkim o możliwościach terenowych związanych z lokalizacją kompostowni.

Kompostowanie odpadów wiąże się z powstawaniem nowych substancji odpadowych w formie odcieków, gazów fermentacyjnych, różnorodnych produktów utlenienia i odorów. Kompostownia powinna być tak zaprojektowana, aby spełniała warunki ochrony gruntu, wód gruntowych, wód powierzchniowych przed zanieczyszczeniami. Wywołuje to konieczność budowy izolowanej powierzchni kompostowni. Dla umożliwienia pracy sprzętu obsługującego kompostownię ( ładowacz, przerzucarka, ciągnik, przyczepy) powierzchnia ta powinna być odpowiednio utwardzona [ 2]. Powierzchnia placów najczęściej wykonana jest z betonu ułożonego na podsypce żwirowo - piaskowej. Wyprofilowane ze spadkiem dno placu uszczelnia się geomembraną o grubości 1,5 mm. W celu odprowadzenia odcieków powierzchnia placu pozostaje odpowiednio wyprofilowana. Docelowo należy przewidzieć wykonanie zadaszenia nad placami.

Obiekty kompostowni, które powinny posiadać teren utwardzony z odpowiednim uszczelnieniem i odciekiem to:

  • plac składowy komponentów - osadu i materiału strukturalnego,
  • plac kompostowania,
  • plac dojrzewania kompostu wraz z magazynem kompostu,

Prowadzenie procesu kompostowania w oparciu o technologie pryzm dynamicznych, napowietrzanych poprzez przerzucanie przerzucarką realizowane jest w trzech fazach:

Faza przygotowawcza

  • mezofilowa - trwająca kilka dni, przebiega w temp poniżej 40oC, inicjując procesy biochemiczne

Faza podstawowa - kompostowanie

  • termofilowa - trwająca od kilku tygodni do kilku miesięcy w temp. powyżej 40oC, w której zachodzi pasteryzacja kompostowanej masy

Faza końcowa - dojrzewanie kompostu

  • leżakowanie - trwające kilka miesięcy.

Proces technologiczny kompostowania osadów przebiega w taki sposób, że odwodniony osad ściekowy mieszany jest z materiałem strukturalnym. Stosunek objętościowy osadu do materiału weryfikowany jest na podstawie praktyki eksploatacyjnej. Jest on uzależniony od parametrów zastosowanego materiału strukturalnego oraz wilgotności osadu. Typowa proporcja objętościowa osad do materiału strukturalnego wynosi 1:1.

Mieszanina osadu z materiałem strukturalnym formowana jest w pryzmy kompostowe. Zainicjowanie procesu kompostowania prowadzi do przejęcia procesów biochemicznych przez organizmy termofilowe. Niezbędne jest okresowe przerzucania kompostowanej masy (napowietrzania) [1, 4, 5, 10, 12]. Rozkład aerobowy poszczególnych składników masy organicznej przebiega różnie: węglowodany, aminokwasy i inne części składowe, rozpuszczalne w wodzie, szybko ulegają rozkładowi przy każdej temperaturze (do 75oC); hemiceluloza zaś najintensywniej rozkłada się w temperaturze 50oC. Analiza mikrobiologiczna kompostów wykazuje, że masa kompostowana jest najbardziej zasobna w mikroflorę przy temperaturze 50oC, przy temperaturze 65oC i wyżej rozwój bakterii termofilnych zanika; przy temp. 75oC w masie kompostowanej następuje całkowity zanik grzybów, a masa bakterii składa się wyłącznie z form Clostridium Wysokie. Temperatury powyżej 45oC w pryzmach kompostowych niszczą bakterie chorobotwórcze, pierwotniaki, jaja glist, much oraz nasiona chwastów.

Maksymalne temperatury w pryzmach kompostowych występują zazwyczaj po tygodniu od założenia. Po każdym przerabianiu pryzmy proces fermentacyjny zostaje na pewien okres zahamowany z powodu spadku temperatury. Po pewnym czasie aktywność fermentacyjna wzmaga się, a temperatura masy znów wzrasta. Temperatura masy kompostowej powinna wahać się w granicach 45 - 55oC. Po przekroczeniu tych granic pryzmę należy ugnieść i odwrotnie, przy nadmiernym obniżeniu temperatury - spulchnić. Mierząc temperaturę można bez trudu kontrolować energię działania drobnoustrojów. Czas kompostowania w pryzmach weryfikowany jest eksploatacyjnie. Zakończenie tej fazy kompostowania wiąże się z zawężaniem stosunku C do N, a tym samym stabilizacją procesów samo zagrzewania kompostu. Pryzmy wówczas są rozbierane i kompost przekazywany jest na plac dojrzewania [1, 3, 4, 6, 10, 12].

Całkowicie dojrzały kompost stanowi ciemną lub ciemnobrunatną masę, o zapachu ziemistym, składającą się z cząstek o różnej strukturze, poczynając od cząstek drobnoziarnistych do większych - włóknistych.

Czas dojrzewania kompostu wynosi ok. 120 dni. Problem dojrzałości kompostu ma znaczenie zwłaszcza przy ocenie możliwości wykorzystania go do celów nawozowych w danym momencie. Komposty dojrzałe mogą być stosowane do nawożenia bez żadnych ograniczeń czasowych nawet bezpośrednio przed siewem roślin. Komposty niedojrzałe należy stosować głównie jesienią, na kilka miesięcy przed siewem. Komposty niedojrzałe, stosowane bezpośrednio przed siewem mogą być fitotoksyczne dla wysianych roślin [4].

Podsumowując, należy stwierdzić, że kompostowanie jest jednym ze sposobów transformacji osadów do postaci nawozu organicznego – kompostu akceptowanego społecznie, stwarzającego dużo większe możliwości zagospodarowania. Kompostowanie wiąże się jednak z wyposażeniem oczyszczalni w powierzchnie technologiczne (utwardzone i uszczelnionych place kompostowni), sprzęt techniczny oraz zabezpieczeniem niezbędnych ilości komponentów strukturalnych. Technologia ta pozwala na wspólne zagospodarowanie innych odpadów organicznych wytwarzanych lokalnie, które osobno, najczęściej jako nieużyteczne, trafiają na wysypiska odpadów komunalnych. Prawidłowo prowadzony proces opisaną technologią pryzm dynamicznych prowadzi do uzyskania wysokowartościowego kompostu. Należy jednak wyraźnie podkreślić, że uzyskanie z osadów kompostu dobrego jakościowo związane jest z kilkumiesięcznym cyklem technologicznym [4, 10, 12].

Literatura:

  1. Kosińska K. - Bioreaktorowe kompostowanie osadów z oczyszczania ścieków miejskich i celulozowo-papierniczych - Przyrodnicze użytkowanie osadów ściekowych, Materiały II konferencji naukowo-technicznej, Puławy-Lublin-Jeziórko 26-28.05.1997, str.81-90
  2. Podhorecki A., Wysocka M. - O organizacji procesu inwestycyjno-budowlanego obiektów inżynierii środowiska - UTY - EKO' 98 Strategia Gospodarki Odpadami Komunalnymi Czyste Technologie - Czystsza Produkcja, Bydgoszcz 23-24.04.98, str.89-100
  3. Przywarska R. - Zastosowanie procesu kompostowania do utylizacji osadów - Zagospodarowanie osadów pościekowych - metody i technologie, Poznań, Luty 1995, str.1-23
  4. Sebastian M., Szpadt R. - Ocena dojrzałości i przydatności do celów rekultywacyjnych kompostów z osadów ściekowych - Wykorzystanie osadów ściekowych techniczne i prawne uwarunkowania, Częstochowa 26 - 27 czerwca 1996, str.224-254
  5. Siuta J. - Agrotechniczne odwadnianie i kompostowanie osadów - Podstawy oraz praktyka przeróbki i zagospodarowania osadów, Kraków 11 -12 maja 1998, str.5-1, 5-16
  6. Siuta J. - Agrotechniczne przetwarzanie osadów ściekowych na kompost -Zagospodarowanie osadów pościekowych - metody i technologie, Poznań luty 1995, str.1-14
  7. Siuta J., Wasiak G. - Nawozowe użytkowanie wywarów z utylizacji surowców poubojowych - Technologie odtłuszczania ścieków, odpadów, gruntów, Kruszwica 1998, str.25-34
  8. Staszczyk J. - M-U-T KYBERFERM - Intensywne kompostowanie wzamkniętych bioreaktorach - Kompleksowa gospodarka odpadami (materiały konferencyjne), 22-24 września 1998 r. Wisła, Poznań 1998, str. 173-182
  9. W. Suchanek, E. Kurek, A. Słomka - Zmiany zawartości biodostępnej formy kadmu w osadach po prasie z oczyszczalni "Hajdów" podczas ich transformacji w kompost osadowy - Przyrodnicze użytkowanie osadów ściekowych, Materiały II konferencji naukowo-technicznej, Puławy-Lublin-Jeziórko 26-28.05.1997, str.155-162
  10. Szpadt R., Kosińska K. - Kompostowanie osadów ściekowych - Podstawy oraz praktyka przeróbki i zagospodarowania osadów, Kraków 11 -12 maja 1998, str.8-1, 8-18
  11. Tischbiereck H. - Kompostowanie kontenerowe osadów ściekowych systemem "STRABAG - Kneer" - Zagospodarowanie osadów pościekowych - metody i technologie, Poznań luty 1995, str.1-5
  12. Wójtowicz A., 2000 - Kompostowanie osadów ściekowych w skali technicznej - Dodatek branżowy Przeglądu Komunalnego Nr 1/2000, Poznań 2000