Ugrás a tartalomhoz

Mezőgazdasági (növénytermesztés, állattartás, erdészeti) hulladékok kezelése és hasznosítása

Dr. Czupy Imre, Vágvölgyi Andrea (2011)

A komposztálási folyamat szakaszai

A komposztálási folyamat szakaszai

Rövid bevezető szakasz

Az optimális körülmények közé kerülő mikroorganizmusok nagy sebességgel szaporodni kezdenek. A hőmérséklet az intenzív anyagcsere hatására gyorsan emelkedik. A bevezető szakasz hossza általában néhány óra, esetleg 1–2 nap. Meg kell jegyezni, hogy a bevezető szakasz jelentősége a gyakorlat és az elmélet szempontjából elhanyagolható, ezért a legtöbb szerző külön nem is említi.

Termofil, vagy lebontási szakasz

A szakasz kezdetén a szerves anyag lebontásáért olyan mezofil mikroorganizmusok felelősek, melyek hőmérsékleti optimuma 25–30 °C, intenzív anyagcseréjüknek köszönhetően a hőmérséklet folyamatosan emelkedik.

A mezofil mikroszervezetek száma 45 °C-ig növekszik, 50 °C felett már nagy számban pusztulnak el, és 55 °C felett csak tartós formáik maradnak fenn.

Mindez 12–24 órát igényel.

A mezofil mikroflóra pusztulásával egy időben gyorsan szaporodnak a termofil (hőkedvelő) mikroorganizmusok, amelyek hőmérsékleti optimuma 50–55 °C között található.

Bizonyos fajok azonban még 75 °C-on is aktívak maradnak. 75 °C felett már nem zajlanak biológiai folyamatok, hanem a tisztán kémiai folyamatok jellemzőek.

A mezofil mikroorganizmusok anyagcseréje által termelt hő biztosítja a termofil flóra igényeinek megfelelő hőmérsékletet.

Ezen kívül a szervesanyag-átalakító tevékenységük során a tápanyagok jobb hozzáférhetőségét biztosítják a termofil mikroorganizmusok számára.

Az átalakulási szakasz

Ez a szakasz több hétig is eltarthat.

Ebben az érési szakaszban a hőmérséklet jelentősen csökken. Ezenkívül, jelentősen nő a sugárgombák száma, ami a komposztérettség indikátora is lehet.

A mikroorganizmusok elkezdik a nehezen bontható lignin bontását, mely során mono-, di- és trifenol vegyületek keletkeznek.

Ezek összekapcsolódásából épülnek fel a humuszanyagok.

A felépülési szakasz

Ezt a szerves anyag humifikálódása jellemzi, amely a komposzt sötét színét eredményezi.

A komposzt hőmérsékletének további csökkenése észlelhető.

Az érésben elsősorban pszikrofil baktériumok és penészgombák működnek közre, melyek hőmérsékleti optimuma 15–20 °C.

3.1. táblázat - A biomasszák csoportosítása

Időtartam (hét) Domináns szerv. ΔT (˚C) Fő folyamatok Komposztjellemző
Lebontási (termofil) 1-3. Baktériumok 55 - 70 Higienizálás; Cukor, fehérje, keményítő bontása -
Átalakulási (mezofil) 3-7. Gombák 70 -> 25-30 Lignin, cellulóz bontása Nitrát képződés Komposzt anyaga összeesik -
Felépítési 8-12. Férgek 20-25 Keveredés, humifikálódás Friss komposzt; Gyökereknek még nem elviselhető
Stabilizáció, utóérlelő 13 – 20. Földigiliszták 20 Keveredés; Humuszképződés, mineralizálódás Érett komposzt, komposztföld

A komposztálást befolyásoló paraméterek

Ahhoz, hogy a megfelelő minőségű komposzthoz jussunk a komposztálás folyamatának eredményeképpen, szükség van megfelelő körülmények biztosítására, melyek a következők:

Megfelelő anyagösszetétel

A nyersanyagok összeállításánál az egyik legfontosabb tényező a C/N arány, mert a komposztálás során a mikroorganizmusok helyes tápanyagellátásával a veszteséget (elsősorban a nitrogénveszteséget) minimalizálni tudjuk.

Abban az esetben, ha a C/N arány túl szűk, tehát a nitrogén relatíve feleslegben van, a fölös nitrogén a 25:1 arányig ammónia formájában eltávozik.

Ez a folyamat, mely például a baromfitrágya komposztálásakor léphet fel, az intenzív ammónia szagról könnyen felismerhető.

Túl tág C/N arány esetén a folyamat csak nagyon lassan indul be, amikor már a felesleges szén CO2 formájában eltávozott.

Leegyszerűsített alapszabályként elmondható, hogy minél öregebb, barnább és fásabb egy anyag, annál több szenet, minél frissebb, lédúsabb és zöldebb, annál több nitrogént tartalmaz. Az optimális C/N arány 35:1.

Optimális nedvességtartalom (40 – 60 %)

A mikroorganizmusok számára a megfelelő mennyiségű vizet is biztosítanunk kell. 40% alatt a nedvességtartalom hiánya korlátozhatja a mikrobiális aktvitást, szaporodásuk megáll, csak megfelelő nedvességtartalom visszaállítása után folytatódik.

60% nedvességtartalom felett nem megfelelő a légtér az oxigén áramlására és az aerob állapot fenntartására, a magas nedvességtartalom kiszorítja a pórusokból az oxigént és anaerob feltételeket teremt.

A komposztálásnál a megfelelő nedvességtartalmat az ún. marokpróbával ellenőrizzük. Ennek lényege, hogy a kezünkbe vett komposztanyagot összenyomjuk, és megfigyeljük a viselkedését. Ha a nedvességtartalom optimális az ujjaink között nem jön ki víz, de a komposzt összeáll. Ha túl száraz az anyag, szétesik a tenyerünkben, ha túl nedves víz folyik ki az ujjaink között.

Oxigénellátás

A komposztálási folyamatokban résztvevő aerob mikroorganizmusoknak jelentős mennyiségű oxigénre van szükségük.

Az oxigénfogyasztás hányada néhány anyag komposztálásánál 2-13,7 mg/ó/g elpárolgó szilárd halmazállapotú anyag.

Különösképpen igaz ez a kezdeti intenzív lebontási fázisra, amikor számítások szerint egy köbméter komposztban a levegő két órán belül elfogy.

Ez azt jelenti, hogy az anyagnak olyan lazán kell állnia, annyi strukturáló anyagot kell tartalmaznia, illetve olyan gyakran kell átforgatni, hogy a levegőáramlás folyamatos legyen a prizma peremétől a magzónáig.

Anyagok keveredése, szemcsemérete (25 – 40 mm egyenletes eloszlásban)

A jól felaprított anyagok a mikroorganizmusok számára nagyobb támadási felületet eredményeznek, mint a darabos anyagok, azért a komposztálás kezdetén gyakran aprítási műveletet kell végezni (Sikolya, 2007.)

Optimális belső hőmérséklet biztosítása

A korhadási folyamat beindulásához szükség van egy bizonyos kiindulási hőmérsékletre, melyet az anyag 20–25 °C hőmérséklete esetén ér el leggyorsabban.

Attól kezdve, hogy a komposztálás beindult a külső hőmérséklet szerepe már a kezdeti szakaszban is elhanyagolható, hiszen az intenzív lebomlás során jelentős mennyiségű hő szabadul fel, tehát a komposztálásnak télen sincs semmi akadálya, ha az anyag hőmérséklete eléri a 10 °C-t.

Fontos, hogy a hideg évszakban gyakrabban forgassuk át a komposztot, mert a teljes mennyiségnek át kell esni a három-négy hétig tartó intenzív szakaszon.

E fázis után a prizma többé-kevésbé kihűl, esetleg teljesen át is fagyhat.

A mikrobák betokosodása, tevékenységük szünetelése a tavaszi felengedésig tart, amikor a prizmák átforgatásával a komposztálás folytatódhat.

A komposzt hőmérsékletének legfontosabb hatása a higienizálás.

Ehhez szükséges elérni a minimális hőmérsékleti értékeket (55–65 °C) és időtartalmat (3–6 nap).

3.2. ábra - A hőmérséklet változása a komposztálás folyamán

A hőmérséklet változása a komposztálás folyamán


A lebomlási vagy termofil szakasz kezdetén a szervesanyag bontásáért a mezofil mikroorganizmusok felelősek, melyek hőmérsékleti optimuma 25-30 °C, anyagcseréjük intenzív, ezért a hőmérséklet gyorsan emelkedik. A mezofil mikroorganizmusok száma 45 °C-ig növekszik, 50 °C felett már nagyszámú pusztulásuk következik be. Ez nagyjából 12-24 órát igényel. Pusztulásukkal egyidőben szaporodnak a termofil mikroorganizmusok, melyek hőmérsékleti optimuma 50-55 °C. Egyes fajok még 75 °C-on is aktívak lehetnek.

Az átalakulás szakasza több hétig is eltarthat, ebben a fázisban a hőmérséklet jelentősen csökken. A mikroszervezetek elkezdik a lignin bontását, ebből mono-, di-, és trifenol vegyületek keletkeznek. Ezek kondenzációjából épülnek fel a humuszanyagok.

A komposztálódás utolsó szakaszát a szervesanyag humifikálódása jellemzi, melynek eredményeképpen a végtermék sötét színű lesz. A komposzt hőmérséklete tovább csökken. az érésben, vagy felépülésben elsősorban a pszikrofil baktériumok és penészgombák vesznek részt, hőmérsékleti optimumok 15-20 °C körül mozog. Az utolsó szakaszban nő a sugárgombák száma is, mely a komposzt érettségének indikátora is lehet.

Abban az esetben, ha a komposztálás feltételei nem teljesülnek:

  • nitrogénveszteség (ammónia) vagy szén-dioxid mennyiség nő, ezek eredményeképpen lassan indul be a folyamat;

  • mikroorganizmusok szaporodása leáll, így leáll a komposztálás folyamata is;

  • lassú lesz a bomlás, anaerob folyamatok indulnak be, elszaporodhatnak a rágcsálók;

  • nem történik meg a higienizálás, patogének maradhatnak vissza az anyagban.

A nyersanyagok tulajdonságainak az alábbi feltételeket kell teljesíteniük:

3.2. táblázat - A nyersanyagok tulajdonságai

Tulajdonság Érték Szükséges művelet
Kémiai összetétel C/N arány 30-35: 1 Nyersanyagok keverése
Szerves anyag tart. min 30 %
Tápanyag tart.: N, P, K
Komposztálhatóság Lignintartalom, N-tart. Nyersanyagok keverése
Szerkezeti stabilitás Porozitás min 30 térfogat% Megfelelő mennyiségű szerkezeti elem
Hulladékok nedvességtartalma 40-60 tömeg% Nyersanyagok keverése
Előkezelési igény Őrlés, aprítás, préselés, homogenizálás, idegen anyag eltávolítás
Térfogattömeg max. átlagosan 700 kg/m3
Szennyező anyagok Toxikus nehézfémek, szerves szennyezők Határértékek nehézfémekre Eredet figyelemmel kísérése
Idegenanyagok Pl. üveg, fém, műanyag Válogatás (költséges)

A nyersanyagokhoz összekeverésükkor különböző adalékanyagokat adhatunk, melyekkel befolyásolhatjuk a korhadás mértékét, javíthatjuk a komposzt minőségét.

3.3. táblázat - A komposztálás során alkalmazható segédanyagok

Segédanyagok Bekeverési arány Szerepe
Dúsítóanyagok Műtrágyák szaruforgács, szaruliszt ,trágyalé , csontliszt Tápanyagtartalom növelése, gyorsított komposztálás, minőségjavítás
Töltő- vagy kiegyenlítő anyagok Föld, agyagőrlemények, alginit max.10-15% Stabilitás, szerkezetalakítás, tápanyagtartalom
Serkentőanyagok Talaj, érett komposzt, szerves trágyák, starterkultúrák max.10% Beoltás mikroorganizmusokkal
Stabilizáló anyagok Kőporok (zeolitok, riolittufa) Anyagveszteség csökken (pl. gázmegkötés)
Takaróanyagok Szalma, lomb, textil Kiszáradás, nitrogénveszteség, hőveszteség ellen
Mész Savanyú pH-t emeli, keletkező savakat megköti, Ca-ellátást javítja
Gyógynövény -készítmények Minőségjavítás, anyagveszteség csökken, folyamat optimalizálása

A komposztálás munkaműveletei

A komposztálás során különböző munkaműveletek játszanak szerepet.

3.3. ábra - A komposztálás munkaműveletei

A komposztálás munkaműveletei


A nyersanyag előkésztés célja, hogy a mikrobáknak optimális feltételeket biztosítsunk a szerves anyagok lebontásához.

A nyersanyagok aprításával a mikrobák számára rendelkezésre álló felületet megnöveljük, illetve a hulladék mennyiségét is csökkentjük, ami egyszerűbb feldolgozást és kevesebb helyszükségletet eredményez.

Az aprítás mértékét a komposztálási technológia és a komposzt felhasználási területe határozza meg, de általában elmondható, hogy a túl finom aprítás kedvezőtlen, mert gyorsan anaerob körülményekhez vezet. Optimális esetben a durva és a finom aprítékok egyenletesen oszlanak el, a durva darabok adják a komposztálandó anyag struktúráját, szerkezetét. Aprításra az alábbi gépek alkalmasak: kalapácsos aprítók, késes aprítók, hengeres törők, rostaköpenyes aprítók. (Nagy, 2005.)

A keverés segítségével beállítjuk az optimális tápanyag-, nedvesség – és struktúra viszonyokat.

Ha a hulladék nedvességtartalma magas, vízteleníteni szükséges. Az idegenanyagok eltávolításával pedig a komposzt minőségét javítjuk.

A komposztálás során az aerob körülmények megteremtéséhez levegőztetni szükséges, vagy forgatjuk az anyagot, hogy a teljes anyag átmenjen a termofil fázison, és a heterogenitást megszüntessük. Ha kell nedvesíteni is szükséges a komposzthalmot, hogy a mikrobák számára biztosítsuk a vizet.

A konfekcionálás során, ha a végtermék nagyobb darabokat tartalmaz, aprítjuk azokat. A rostálás jobb megoldás, ez lehetővé teszi, hogy a rostán fennmaradt selejt komposzt anyag struktúr-, illetve oltóanyagként alkalmazható legyen. A rostaméretet a komposzt felhasználási területe határozza meg.

Keverési művelet akkor szükséges, ha speciális igényeket szeretnénk kielégíteni (pl.: virágföld előállítás). Ha a komposztot nem ömlesztve szeretnénk értékesíteni, akkor a zsákolás műveletét is szükséges közbeiktatni. A zsákolásnál a komposzt nedvességtartalma a kritikus kérdés, mert 35%-nál magasabb nedvességtartalmú anyagot nem szabad zsákolni. (Nagy, 2005.)

A komposztálás során alkalmazott technológiák

A komposztálás során alkalmazott technológiák igen sokfélék lehetnek, alapvetően viszont három csoportba sorolhatók: a nyitott, a félig zárt és a zárt komposztálási technológiák. A következőben erről nyújtunk rövid összefoglalást.

Nyitott rendszerek

Passzív komposztálás

Ezt az eljárást általában növényi eredetű, tág C/N arányú, nem rothadó nyersanyagok esetében alkalmazzák.

Az érés 5-10 m széles és 2-4 méter magas prizmában történik. A halom összerakásán kívül, a komposztálási folyamatba semmilyen beavatkozás nem történik. A komposzt érési időtartama így a 6 hónaptól egészen a 3 évig eltarthat.

A technológia előnyei:

- egyszerű technológia;
- alacsony munka és gépesítési költség.

A technológia hátrányai:

- nagy;
- lassú folyamat;
- rossz minőség;
- éghajlati hatások;
- talajszennyezés.

Forgatásos prizmakomposztálás

A komposztálás legősibb módszere. Lényege, hogy a nyersanyagokat háromszög, vagy trapéz keresztmetszetű prizmákba rakják, és meghatározott rendszerességgel forgatják. Az átforgatás keveri, homogenizálja az anyagot, biztosítja az aerob feltételeket. A hőmérséklet és nedvességtartalom ellenőrzése folyamatos. Az érési idő kb. 7-9 hét.

A technológia előnyei:

  • egyszerű technológia;

  • alacsony munka és gépesítési költség;

  • lehet heterogén a nyersanyag;

  • szaghatás nem jelentős.

A technológia hátrányai:

  • éghajlati hatások;

  • esetleges talajszennyezés;

  • átforgatásnál zajhatás.

Levegőztetett prizmakomposztálás

Az ASP (ASP-Aerated Static Pile- levegőztetett prizmakomposztálás) alapja, hogy a mikroorganizmusoknak életműködésük fenntartásához a prizmán belül állandó szinten tartott oxigénmennyiségre van szükség.

A levegő bejuttatása történhet merev perforált csövek beágyazásával, vagy levegőztető csatornák komposztprizmába való süllyesztésével. A levegőt ventilátor, vagy pumpa segítségével juttatják be a prizmába. A trapéz alakú prizma 4-12 méter széles és 2-3 méter magas. Az érési idő 6-8 hét.

A technológia előnyei:

  • jó oxigénellátás;

  • közepes helyigény;

  • jó minőség;

  • gyenge zajintenzitás;

  • szaghatás nem jelentős.

A technológia hátrányai:

  • éghajlati hatások;

  • esetleges talajszennyezés.

Félig zárt rendszer

A komposztálás vízszintes silófolyosókban történik, melyek perforált csövekből vagy levegőztető csatornákból álló levegőztető rendszerrel és beépített forgatóval vannak ellátva.

A komposztálás időtartama: 4-6 hét.

A technológia előnyei:

  • jó oxigénellátás;

  • gyors folyamat;

  • éghajlati hatásoktól mentes;

  • nincs szaghatás, talajszennyezés.

A technológia hátrányai:

  • meghibásodás lehetősége;

  • magas költségek;

  • zajhatás.

Az éghajlati hatások kiküszöbölésére a silófolyosókat általában csarnokokban, fólia-vagy üvegházakban helyezik el. A keletkező gázokat, szagokat biofilterek segítségével fogják fel.

Zárt rendszerek

Ezeknél az eljárásoknál a komposztálás zárt egységekben történik, a megoldások a következők lehetnek:

  • dobkomposztálás;

  • kamrás, vagy konténerkomposztálás;

  • brikollare komposztálás;

  • toronykomposztálás;

Az érés 2-4 hét, utána következik az utóérlelés szakasz. A technológia előnyei:

  • feltételek folyamatos biztosítása;

  • gyors folyamat;

  • éghajlati hatásoktól mentes;

  • nincs szaghatás, talajszennyezés;

  • tökéletes higiénizáció.

A technológia hátrányai:

  • meghibásodás lehetősége;

  • magas költségek;

  • magas zajintenzitás;

  • feltételek folyamatos biztosítása nehéz.

A levegőztetett prizma komposztálásnak létezik egy viszonylag újszerű változata. A szemipermeábilis membrántakaróval zárttá tett komposztálási rendszer. (3.4 ábra)

3.4. ábra - Szemipermeábilis membrántakaróval zárttá tett komposztálási rendszer

Szemipermeábilis membrántakaróval zárttá tett komposztálási rendszer


A rendszer három fontos elemből áll. Az aktív levegőztető egység a mikroorganizmusokat látja el oxigénnel. A levegőztetést az érő anyagban mért hőmérséklet és oxigéntartalom alapján, folyamatosan, visszacsatolással szabályozza.

A prizmák 2-3,5 méter magasak, 6-12 méter szélesek, a hosszuk 18-48 méter. Az érési idő 4 hét. A membrán biztosítja a gázcserét, de a szaganyagokat, a nedvességet és a hőt visszatartja. (Nagy, 2005.)

A szerves hulladékok bomlásánál figyelembe vett tényezők szerint az alábbi komposzttípusokat különböztethetünk meg:

  • friss komposzt (nyers komposzt);

  • érett komposzt;

  • komposztföld.

Az érett komposzt jellemzője, hogy stabilizált szerves anyag, ellenáll a mikrobiális lebontásnak, tárolása nem jár közegészségügyi kockázattal, talajra kijuttatva kedvező hatást gyakorol (szerkezet, tápanyagtartalom, pH stb.).

Ha a szerves anyag nem ment át a megfelelő érési folyamaton, akkor rossz minőségű komposztról beszélhetünk, ennek jellemzői, hogy nehézfémekkel és szerves anyagokkal mérgezés veszélye áll fenn, a rothadási termékek gátolhatják a növények növekedését, rágcsálók elszaporodásához vezethetnek, egészségügyi problémát is okozhatnak.

A komposzt minőségi vizsgálata

A komposztot felhasználás, értékesítés előtt vizsgálni, minősíteni kell. Először a komposztból mintát vesznek: 50m3-nél kevesebb komposztból 5 db részmintát kell venni, össze kell keverni, amit átlós felezésekkel 1 kg-nyi mennyiségre kell lecsökkenteni. Ezt követően a mintát előkészítik: homogenizálják, eltávolítják az idegen anyagokat, rostálják (10, 2, 0,25 mm-es rostán), és bemérik analitikai mérlegen. A vizsgálat során kitérnek az idegen anyag tartalomra, a nedvességtartalom meghatározásra, hőmérséklet vizsgálatra, valamint a szaghatásra. A komposztálásnál vannak ún. minőségbiztosítási lépések, melyek összefoglalva a következők.

3.4. táblázat - A komposzt minőségbiztosításának lépései

A komposztálás minőségbiztosítási lépései Egyszerűbb komposztálás, kisebb üzemek Nagy komposztáló üzemek
Nyersanyagok A nyersanyagok kémiai analízise, ismert, azonos nyersanyag-forrás
Az érés folyamatos ellenőrzése
Hőmérséklet Napi mérés, érési zónában több helyen Hasonlóan, de óránként
Nedvességtartalom napi marokpróba, szárítószekrényes v. Beépített érzékelőkkel
Oxigénellátás Szag, anyagállapot magzónában Speciális műszerek (szondák)
Tápanyagveszteségek Érő anyag szaga, csurgaléklé menny. Csurgalékvíz, gáz analízis
Egyéb mérések Szén-dioxid tartalom, redox-potenciál, pH
Felhasználás előtti ellenőrzés
Mintavétel, előkészítés MSZ
Minőségi jegyek érzékszervi vizsg. Minősítő sablonok, menny. vizsg. (szín, szag, idegena., nedv.tart.)
Érettségi fok Önhevülési teszt (Dewar-tartály, Tmax.)
Beltartalmi mutatók Értékek meghatározása
Gyommag-tartalom, csírázás gátló hatás Értékek meghatározása
Szemcseméret MSZ: min 90% ≺ 25 mm
Idegenanyag-tartalom MSZ: érett komposzt: ≺ 2 tömeg%, komposztföld ≺ 1 tömeg%
Nehézfém-tartalom MSZ
Szerves szennyezők, egyéb kémiai jell. pH, sótartalom, poliklórozott- és aromás, ….vegyületek
Biotesztek Zsázsa, árpa, saláta, mustármag, növényekre hatás
Nyilvántartás, prizma-törzskönyv Minden komposztálással kapcsolatos adat rögzítése

A komposztok felhasználási területei az alábbiak lehetnek:

Jó minőségű komposzt esetén:

Talajjavítási célokra alkalmazható, melynek során a biológiai aktivitás fokozódik, lassabb a tápanyag-feltáródás, a kimosódás veszélye kisebb, magas adszorpciós képesség, nehezen oldható ásványi tápanyagok felvehetővé válnak, hormonok serkentő hatása, ellenállóbbak lesznek a növények, stabil talajszerkezet alakul ki, javul a talajvíz-, hő-, levegőgazdálkodása. Alkalmazható ültető közegnek – dísznövénytermesztés, palántanevelésnél, kertészeti, szántóföldi termesztésnél, erdő – és gyepgazdálkodásban, tájrendezésnél, rekultivációnál és alkalmas biofilter-szűrőközegnek is A rossz minőségű komposztot pl. takaróanyag rekultiváció céljára hasznosítható.