AGRITECH
SCIENCE, 12’
URČENÍ MINERALIZACE A HUMIFIKACE KOMPOSTŮ METODOU PYROLÝZNÍ CHROMATOGRAFIE DETERMINATION OF MINERALIZATION AND HUMIFICATION OF COMPOST BY PYROLYSIS GAS CHROMATOGRAPHY J. Kuchařová, H. Raclavská, M. Volfová, D. Juchelková, P. Sikorová VŠB – Technická univerzita Ostrava Abstract The maturity of composts is determined by processes of mineralization and humification. At the present time assessing criteria of compost maturity are missing. The article presents the comparison of possible utilization of ratios calculated for products of pyrolytical decomposition of major biomass components with aim to determine mineralization and humification. These parameters were studied for free kinds of compost with different input components. The most important is ratio O/Y (pyrol/phenol) which represents the comparison of mineralized component and stable component of compost. In addition, two other ratios are important: the ratio K1/f (hydroxipropanone/furanmenthol) which characterizes the decomposition of celullose and hemicellulose, and the ratio K1/FK (hydroxipropanone/furancarboxaldehyde) which corresponds to the undercomposed celullose. Keywords: Compost, mineralization, humification, product of pyrolysis decomposition, aromaticity Cílem článku je ověření možnosti použitelnosti identifikace stupně zralosti pomocí pyrolyzní plynové chromatografie na vybraných kompostech a srovnání dosažených výsledků s jinými parametry používaných k indikaci například DOC ve výluhu z kompostů (Wu L. et al. 2000, Said-Pullicino D. et al. 2007) nebo poměr N-NH4/N-NO3 v sušině kompostů (Rekha P. et al., 2005).
1. ÚVOD Organická hmota kompostů je vysoce heterogenní, vykazuje různé úrovně humifikace a mineralizace, které jsou výsledkem různorodého složení vstupního materiálu a různých technik kompostování. Komposty jsou často aplikovány na kultivované půdy nebo jsou přímo používány jako substrát pro pěstování rostlin. Aplikace kompostů na půdy zvyšuje výměnou sorpční kapacitu půd. Organický hnůj a komposty jsou mnohem účinnější pro zvýšení sorpční kapacity než anorganická hnojiva. Pro úspěšnou aplikaci kompostů je nutné zajistit jejich hygienickou nezávadnost a stabilitu s optimálním složením organické hmoty. Nestabilní komposty mají negativní vliv na rostliny, negativně ovlivňují koloběh živin v půdě a jsou fytotoxické (Tang et al., 2006). Znakem jakosti kompostu je proto stupeň zralosti a stability. Pro hodnocení těchto parametrů je sledována celá řada ukazatelů mezi které patří hlavně sledování biologické aktivity kompostu: spotřeba kyslíku, produkce CO2 a samozápalný test (Vergnoux A. et al. 2009). I když se mezinárodní komise pro standardizaci shoduje na nutnosti zavedení toho kriteria nebyla žádná metoda ani limitní hodnoty přijaty jako závazné (Technical Report, Sevilla 2011). Jednou z možných alternativ pro hodnocení stupně zralosti kompostů je využití pyrolýzní plynové chromatografie s plamenově ionizační (Py-GC/FID) a hmotnostně spektrometrickou detekcí (Py-GC/MS). Humifikace a mineralizace organické hmoty může být posuzována na základě identifikace pyrolytických fragmentů a jejich poměrů, které vznikají rozkladem majoritních komponent biomasy nebo chemických struktur.
2. POUŽITÉ METODY Materiál Komposty byly získány od firmy AGRO-EKO s.r.o., které byly připraveny aerobní fermentací v aerobním fermentoru EWA. Vzorky kompostů byly odebrány podle ČSN EN 14899 Charakterizace odpadů — Vzorkování odpadů. Celkem bylo odebráno 10 kg vzorku, který byl do laboratoře transportován v uzavíratelných igelitových pytlích. V laboratoři byly vzorky upraveny (vysušeny, homogenizovány a pomlety na velikost zrn ≤ 2 mm). Výchozí surovinová skladba pro komposty je uvedena v tabulce č.1. Metody Pro analýzu na Py-GC/FID byla použita navážka 1 mg, pro analýzu na PY-GC/MS byla použita navážka 125 µg. Vzorek byl umístěn do křemenné tuby, oba konce tuby byly ucpány křemennou vatou. Křemenná tuba se vloží do držáku, a poté se umístí do pyrolýzní jednotky CDS Pyroprobe 5200. Pyrolýza byla provedena při 800 0C po dobu 10 s, se zahřívací rychlostí 10 0C/ms. Pyrolýzní jednotka je přímo připojena k chromatografu (Agilent 7890) s plamenověionizačním detektorem (FID) a k chromatografu s hmotnostním detektorem (MS). Byla použita
Tab. č.1 Výchozí surovinová skladba kompostů Označení Složení vstupních surovin pro komposty Kompost č.1 Kompost č.2 Kompost č.3
20 % dřevní štěpka
40 % řepková sláma
40 % kal z ČOV Biocel Paskova
100 % Biologicky rozložitelný komunální odpad (BRO) 20 % dřevní štěpka
50 % městská zeleň 1
30 % kal z ČOV
AGRITECH
SCIENCE, 12’
(75 7391) „Jakost vod – Stanovení rozpuštěných fluoridů, chloridů, dusitanů,fosforečnanů, bromidů, dusičnanů a síranů metodou kapalinové chromatografie iontů“ amoniakální dusík podle ČSN EN 12260 „Jakost vod - Stanovení dusíku - Stanovení vázaného dusíku (TNb) po oxidaci na oxidy dusíku“. Pro separaci HA se byla použita standardizovaná metoda podle International Humic Substances Society (IHHS) – Methoda IHHS publikována prostřednictvím Soil Science Society of America a vychází z práce Swift R.S. (1996). Pro stanovení barevného kvocientu Q4/Q6 byla použita metodika podle Králové M. a kol. (1991).
separace jak na nepolární koloně (HP 5, 30 m x 0,32 mm, 0,25 µm), tak i na polární koloně DB WAX ETR (30 m x 0,25 µm x 0,50 mm). Chromatografické podmínky jsou následující: HP-5 (DB WAX ETR) kolona, teplotní program 40 0C po dobu 4 min., poté růst 40 0C/min. do 150 0C, následuje teplotní růst 10 0C/min. do 280 0C se zdržením 2 min. V případě polární kolony DBWAX ETR byla finální teplota omezena na 250 0C. Pyrogram byl interpretován identifikací a kvantifikací hlavních těkavých pyrolytických fragmentů, které se používají pro stanovení humifikace a mineralizace (Ceccanti et al., 2007). Značení jednotlivých pyrolýzních produktů bylo provedeno podle Alcaniz et al., (1984). Sledovány byly následující látky: Acetonitril (E1), kyselina octová (K), benzen (B), pyrol (O), toluen (E3), fenol (Y), furfural (N), 5-methylfurfural (M), o-xylen (H), pyridin (H), styren (S), 2,3,4-ethyltoluen (I), hydroxyaceton (K1), cyklopentenon (L), furankarboxaldehyd (FK), 2furanmethanol (F), m,p-kresol (Z), indol (IN). Stanovení celkového uhlíku bylo provedeno podle ČSN EN 15104 „Tuhá biopaliva – Stanovení celkového obsahu uhlíku, vodíku a dusíku – instrumentální metody“. Obsah oxidovatelného uhlíku v kompostech byl stanoven modifikovanou metodou podle Chan et al. (2001), který vychází z metody popsané Walkley and Back (1934). Stanovení rozpuštěného organického uhlíku bylo provedeno ve vodném výluhu, který byl připraven podle vyhlášky č.294/2005 Sb. Po filtraci výluhu přes membránový filtr o velikosti pórů 0,45 µm bylo provedeno stanovení rozpuštěného organického uhlíku (DOC) podle ČSN EN 1484 „Jakost vod Stanovení celkového organického uhlíku (TOC) a rozpuštěného organického uhlíku (DOC)“. Ve výluhu byly stanoveny také dusičnany a amoniakální dusík. Dusičnany byly stanoveny podle ČSN EN ISO 10304–1
3. PYROLÝZNÍ ROZKLAD ORGANICKÝCH LÁTEK Mineralizace je proces rozkladu organických látek činností mikroorganismů na látky anorganické. Přítomnost furfuralu, pyrolu, cyklopentenonu a hydroxypropanonu v pyrolyzátu indikuje proces mineralizace. Furfural vzniká degradací sacharidů, celulosy a alifatických organických komponent (SaizJimenez et al., 1979). Pyrol je odvozen od dusíkatých heterocyklických látek. Humifikace je biochemický proces rozkladu látek v substrátu (půdě), který je spojen s tvorbou humusu. Přeměnu a rozklad organických látek během humifikace lze při pyrolýze indikovat vznikem benzenu a toluenu. Při pyrolýze kondenzovaných aromatických struktur stabilní hmoty vzniká benzen. Toluen pochází z pyrolýzy cyklických látek s jádrem (Marinari et al., 2007), na které jsou vázány krátké alifatické řetězce. Přehled sloučenin, které vznikají při pyrolýze majoritních složek a chemických struktur obsažených v biomase je uveden v tabulce č.2.
Tab. č.2 Pyrolyzní produkty složek biomasy a chemických struktur Složka biomasy
Pyrolyzní produkt
Bílkoviny
Pyrol (O), indol (IN), acetonitril (E1)
Heterocyklické bílkoviny
Pyrol (O), cyklopentenon (L), hydroxypropanon (K1)
Bílkoviny s ligninem
Pyrol (O), fenol (Y), acetonitril (E1)
Proteiny s triptofanem
Indol (IN)
Peptidy
Pyrol (O), indol (IN), acetonitril (E1)
Sacharidy
Furfural (N), kyselina octová (K)
Polysacharidy
Hydroxypropanon, 2-furanmethanol (F)
Celulóza
Furfural (N), hydroxypropanon
Lignin, lignocelulóza, tanin
Fenolické látky (Y)
Hemicelulóza
Furanmethanol (F), kyselina octová (K)
Lipidy
Kyselina octová (K)
Vosky
Kyselina octová (K)
Chemické struktury
Pyrolyzní produkt
Cyklické uhlovodíky s jádrem + alifatické řetězce
Toluen (E3)
Aromatické struktury
Benzen (B)
Alifatické uhlovodíky
Furfural (N) 2
AGRITECH
SCIENCE, 12’
0,05) byly zjištěny pro kompost č.2 (BRO) a kompost č. 3, kde je téměř všechna hemicelulosa rozložena. Nejvyšší hodnota poměru (K1/F = 0,36) byla zjištěna pro kompost č.1, kde k vyššímu obsahu celulosy přispívá hlavně kal z Biocelu Paskov. Z hlediska poměru K1/F lze vzorky kompostů považovat za vyhovující, neboť dosahují hodnot poměru K1/F nižších než jsou literárně uváděné hodnoty (Dignac et al., 2005; Séres-Aspax et al., 1985) pro komposty kompostované z obdobných substrátů. Nerozloženou část celulosy v kompostu lze stanovit pomocí poměru hydroxypropanonu a furankarboxaldehydu (K1/FK) (Heuller et al., 1995). Nejméně nerozložené celulosy obsahuje kompost č. 3. Nejvíce nerozložené celulosy vykazuje kompost č.1, který obsahuje kal z ČOV Biocelu Paskov. Hydroxypropanon (K1) společně s pyridinem (H), oxylenem (H) a ethyltoluenem (I) také umožňuje zhodnotit průběh kompostování. Poměr výše uvedených látek (K1/H+I) s dobou kompostování klesá. Nejnižší hodnotu (0,04) vykazuje kompost č.2 (BRO). Pro komposty č. 1 a 3 je hodnota poměru srovnatelná (0,16). Kyselina octová v pyrolyzátu je tvořena štěpením acetylových skupin hemicelulosy (Pouwels et al., 1987) nebo je štěpným produktem lipidů a vosků (Wilson et al., 1983), může být také tvořena pyrolýzou syntetických polymerů jako je polyvinylaceát (PVAC). Koncentrace kyseliny octové se u pyrolyzátů z kompostů pohybuje v rozmezí od 0,34-2,56 %. Nejnižší koncentraci vykazoval kompost č.2 (BRO). Kompost č. 1 a č. 3 mají obsahy kyseliny octové v pyrolyzátu vyšší (1,77 a 2,56). Poměr pyrolu k indolu (O/IN) v pyrolyzátu charakterizuje specifické produkty pyrolýzy aminokyselin. Pyrol pochází z pyrolýzy hydroxyprolinu a glutaminu, indol pochází především z pyrolýzy tryptofanu (Chiavari a Galletti, 1992). Ve vzorcích pyrolyzátu z kompostů je koncentrace pyrolu vyšší než koncentrace indolu. Nejvyšší hodnotu poměru (23,86) pyrolu k indolu (O/IN) vykazuje kompost č. 2 U kompostů č. 1 a 3 jsou hodnoty poměru O/IN téměř identické: 6,1-6,35. Rozdíl v hodnotě poměru kompostu č.2 a komposty č. 1, 3 je důsledkem změny proteinového složení, která je ovlivněna jednak složením vstupního materiálu a dále mikrobiální aktivitou během procesu kompostování. Mikrobiální aktivita je u kompostů č. 1 a 3 je enormně nízká, rozklad je zde komplikován lignocelulosou.
4. ZASTOUPENÍ HLAVNÍCH SLOŽEK V KOMPOSTECH Pyrolýzní produkty uvedené v tabulce č.2 lze použít pro zhodnocení stavu rozkladu organické hmoty a průběhu procesu kompostování. Různorodé složení sledovaných kompostů vyplývá ze sumy pyrolýzních produktů, které vznikají ze: sacharidů → (N+K), aromatických látek → (B+E3), bílkovin s ligninem → (E1+O+Y). Pyrolytické poměry (E1+O+Y), (N+K) i (B+E3) jsou u vzorků č. 1 a 3 velmi podobné, což odpovídá přibližně stejnému složení (obr.č.1), převládá suma E1+O+Y nad sumou B+E3 a N+K. Vzorek č. 2 (kompost z BRO) se liší parametrem (B+E3), obsahuje převahu aromatických látek nad pyrolýzními produkty sacharidů (N+K) a sumou bílkovin s deriváty ligninu (obr.č.1). Vyšší suma E1+O+Y indikuje zahájení kondenzace organické hmoty (Hernandéz et al., 2006) neboť pyrol pochází z heterocyklických bílkovin, které se stávají součástí humifikované organické hmoty. Kondenzace organické hmoty nebyla dokončena kvůli přerušení procesu kompostování. Pro posouzení přítomnosti vysoce kondenzované hmoty v rámci poměru B/E3, je nutné stanovit koncentraci benzenu a toluenu v pyrolyzátu. Koncentrace benzenu musí být vždy větší než toluenu, protože toluen indikuje pseudostabilní hmotu, která není spojena s vysokou aromaticitou. Vzorek č.1 obsahuje 0.8 % benzenu a 1.85 % toluenu, vzorek č.2 obsahuje 2.45 % benzenu a 7.43 % toluenu, vzorek č.3 obsahuje 0,4 % benzenu a 1,032 % toluenu. Z koncentrace benzenu a toluenu vyplývá, že organická hmota kompostu nemá vysoký stupeň kondenzace a aromaticky. Kondenzace (Stevenson, 1994) je důležitá pro vznik huminových kyselin s vysokou sorpční kapacitou. Procentuální zastoupení furfuralu (N), hydroxypropanonu (K1) je největší u vzorku č. 1, což je důsledkem přítomnosti řepkové slámy a existence pseudolabilních alifatických látek. Furfural vykazuje antagonistické chování vzhledem k toluenu. Tato skutečnost byla potvrzena u všech tří vzorků kompostů. Množství toluenu během humifikace má stoupat a převyšovat množství furfuralu. Procentuálně nejvyšší množství toluenu je u vzorku č. 2 a nejvyšší množství furfuralu je u vzorku č. 1, což je důsledek heterogenního složení tohoto vzorku. Naopak nejmenší zastoupení toluenu a furfuralu je u vzorku č. 3, který je složen z dřevní štěpky, městské zeleně a čistírenského kalu. Nejvýznamnější majoritní složkou biomasy je celulosa, hemicelulosa a lignin. Poměr hydroxypropanonu a furanmethanolu (K1/F) určuje ve vzorcích kompostů relativní množství celulosy a hemicelulosy, případně může být využit k identifikaci množství degradované hemicelulosy k celulose. Hydroxypropanon je odvozen z celulosy, zatímco furanmethanol je odvozen z hemicelulosy. U analyzovaných vzorků se poměr (K1/F) pohybuje v rozmezí 0,02-0,36. Nejnižší hodnoty (K1/F = 0,02 a
Hydroxypropanon společně s 2-furanmethanolem je pyrolýzním produktem polysacharidů (Dignac et al., 2005). Fenolické komponenty vznikají pyrolýzou ligninu, lignocelulosy a taninů. Původ methylfenolů není jednoznačný, mohou pocházet z pyrolýzy peptidů a proteinů s obsahem tyrosinu (Tsuge a Matsubara, 1985), z taninů (Galetti a Reeves, 1992) a karboxylových kyselin. Kompostování čerstvé městské zeleně spolu s čistírenskými kaly a dřevní štěpkou (kompost č.3) je charakterizováno vysokým obsahem hydroxypropanonu, fenolu a methylfenolů. 3
AGRITECH
SCIENCE, 12’
Obr.č.1 Srovnání obsahu sacharidů, aromatických látek a bílkovin s ligninem v kompostech
Obr.č.2 Srovnání výskytu nerozložené celulózy a rozložené hemicelulózy ve vzorcích kompostů
Obr.č. 3 Koncentrace pyrolu (O) a indolu (IN) v pyrolyzátu a jejich poměr (O/IN) 4
AGRITECH
SCIENCE, 12’
čili obsahuje syntetické polymery na bázi plastů. V kompostu č. 2 byla zjištěna pomocí Py-GC/MS přítomnost sloučenin ftalátů, které pocházejí z plastů.
Původ fenolu a m-, p-kresolu lze zjistit na základě výpočtu poměru (m-kresol+p-kresol)/fenol. Poměr kresolů k fenolu (Z/Y) je nejvyšší u kompostů, které obsahují dřevní štěpku, čistírenský kal, slámu (Z/Y=0,43) a městskou zeleň (Z/Y=0,42). Nejmenší je hodnota poměru (Z/Y=0,33) u kompostu č.2 (BRO). Hodnoty poměru reflektují složení vstupního materiálu, kde sláma a dřevní štěpka obsahují cca 20-25 % ligninu, zatímco zelenina a ovoce (BRO) obsahují ligninu méně. Fenol (Y) vzniká pyrolýzou čerstvé nebo kondenzované lignocelulosní struktury. Koncentrace fenolu se pyrolyzátech pohybuje v rozmezí od 2,21 do 2,73 %. Koncentrace fenolu i kresolů by měla při kompostování narůstat. Fenol i kresol jsou součástí indikátorů, které charakterizují průběh kompostování:
5. MINERALIZACE KOMPOSTŮ Mineralizaci lze vyjádřit na základě poměru furfural/pyrol (N/O) a pyrol/fenol (O/Y). Tyto dva parametry poskytují důkaz o existenci snadno mineralizovatelné a méně (obtížně) mineralizovatelné organické hmoty. Pyrol vzniká díky cyklizačním reakcím během pyrolýzy z prolinu, hydroxyprolinu, glycinu a glutamové kyseliny (Tsuge a Matsubara, 1985), částečně vzniká i z pigmentů jako je chlorofyl (Bracewell et al., 1987). Poměr furfural/pyrol (N/O) vyjadřuje vztah mezi pyrolytickými sloučeninami odvozenými od polysacharidů a sloučeninami s obsahem dusíku. Úroveň mineralizace na základě výpočtu poměru N/O u kompostu č. 3 je 0,22 a kompostu č.3 je 0,2. Nejvyšší hodnota mineralizačního indexu (N/O = 0,5) byla zjištěna u kompostu č.1, který vykazuje nejnižší stupeň rozkladu organické hmoty. Zhodnocení mineralizace a kontrolu parametru N/O lze provést i poměrem koncentrací K/E3 (kyselina octová/toluen) v pyrolyzátu. Čím je tento index nižší, tím vyšší je mineralizace. Výsledky poměru K/E3 potvrdily, že kompost č.1 obsahující kal z Biocelu Paskov vykazuje nejnižší stupeň rozkladu. Mineralizační index vyjádřený jako poměr pyrolu a fenolu (O/Y) vyjadřuje vztah mezi dusíkatými látkami a obsahem lignocelulózy (Marinari et al., 2007). Index charakterizuje stabilní a humifikovanou část hmoty (Ceccanti et al., 2007), neboť pyrol vzniká při pyrolýze z kondenzovaných struktur obsahujících dusík. Zároveň tento poměr indikuje přítomnost organických látek s nižší schopností mineralizace. Nejvyšší hodnotu poměru dosahuje kompost č. 2 (O/Y = 0,94). Obecně platí, že čím je tento poměr vyšší, tím je větší mineralizace stabilní organické hmoty (huminové látky, Ceccanti et al., 2007). Vzorek č.2 tedy obsahuje nejvíce mineralizované stabilní organické hmoty (B+E3, obsah B=2,45 %). Index O/Y vyjadřuje zároveň poměr množství dusíkatých látek k lignocelulose. Komposty č. 1 a 3 mají hodnoty poměru O/Y srovnatelné, v rozmezí 0,660,61. Tyto dva komposty tedy obsahují méně mineralizovatelné stabilní organické hmoty (B+E3 je v rozmezí 1,45-2,66) než kompost č.2. Tento stav je způsobem vysokým obsahem obtížněji rozložitelné lignocelulosy, (zdroj: sláma a dřevní štěpka), která převládá nad dusíkatými látkami. Lignocelulosa byla potvrzena i jako součást čistírenských kalů. Poměr O/Y není v souladu s humifikačním poměrem B/E3. Určení podílu stabilní a nestabilní organické hmoty ve vzorku, lze provést na základě poměru B/E3. Snadno mineralizovatelné organické (nestabilní) látky zvyšují koncentraci toluenu (E3) v pyrolyzátu. Toluen vzniká při pyrolýze pseudolabilní složky organické hmoty, která nemá vysoce kondenzovanou aromatickou
N+L/E3+Y (furfural+cyklopentenon/toluen+fenol+kresoly) N+L/H+Y (furfural+cyklopentenon/pyridin+o-xylen+fenol). Poměr N+L/E3+Y klesá v závislosti na době zrání kompostu. U analyzovaných kompostů se poměr (N+L/E3+Y) vyskytuje v rozmezí od 0,07-0,19. Z hlediska složení vstupních materiálů, by hodnota tohoto poměru odpovídala cca 230-500 dnům kompostování (Serés-Aspax et al., 1985). Poměr N+L/H+Y také klesá v závislosti na době zrání kompostů. V analyzovaných kompostech dosahuje hodnoty od 0,17 do 4,39. Hodnotu 4,39 vykazuje kompost č.1, který obsahuje řepkovou slámu a kal z Biocelu Paskov. Vyšší hodnota poměru je způsobena přítomnosti slámy. Při kompostování jiných druhů slámy (např. pšeničné) se vyskytují i vyšší hodnoty poměru (> 8) (Serés-Aspax et al., 1985). Hodnota poměru (N+L/H+Y = 4,39) odpovídá nižšímu rozkladu organické hmoty, dala by se přirovnat rychlému kompostování o délce cca 70 dnů. Indikátorem vstupu čerstvé hmoty do kompostovacího procesu je mimo jiné i limonen, který byl identifikován v kompostu č. 1, 2 a č. 3. Limonen je typickým pyrolýzním produktem zelených odpadů z vyšších rostlin (Dignac et al., 2005, Nguyen et al., 2003) a citrusových plodin. Přítomnost limonenu byla prokázána i v kompostu č.3 (BRO), zde ovšem byla koncentrace minimální. Dalším zajímavým parametrem pro hodnocení organické hmoty v substrátech kompostů je poměr toluenu (E3) a styrenu (S). Toluen a styren jsou produkovány společně jak pyrolýzou přírodní organické hmoty tak i syntetických polymerů (Fabbri, 2001). Z přírodních látek styren vzniká pyrolýzou proteinů a peptidů s obsahem fenylalaninu, nehydrolyzovatelných taninů a degradovaných ligninů. Poměr toluen/styren může být použit jako indikátor přítomnosti syntetických polymerů. Přírodní látky dosahují hodnot pro poměr toluen/styren větších než 1 (obvykle se uvádí hodnota v rozmezí 4-7,5) a naopak syntetické látky mají hodnotu poměru toluen/styren menší a rovnou 1 (karton, lepenka a papír). Kompost č. 1 (E3/S=4) a kompost č. 3 (E3/S=1,86) neobsahují syntetické polymery, obě látky (toluen a styren) pocházejí z pyrolýzy přírodních substancí. Kompost č. 2 má hodnotu poměru E3/S=0,83 5
AGRITECH
SCIENCE, 12’
strukturu. Při pyrolýze humifikované stabilní složky, která podstoupila kondenzaci vzniká benzen (B). Hodnoty poměru B/E3 jsou u analyzovaných kompostů srovnatelné (0,33 – 0,44). Při pyrolýze kompostu č.2 (BRO) vzniká 7,437 % toluenu a 2,45 % benzenu. U vzorků č.1 vzniká 0,81 % benzenu a 1,85 % toluenu. Vzorek č.3 produkuje 0,416 % benzenu a 1,032 % toluenu. Z výsledků je zřejmé, že kompost č.2 má sice nejvyšší hodnotu B/E3 =0,44, ale největší procentuální zastoupení kondenzované hmoty ve formě benzenu je u vzorku č. 2, stejně jako nárůst obsahu toluenu, který je zde nejvyšší. Vzorek č.2 tedy obsahuje nejméně nestabilní hmoty.
(Ayuso et al., 1996) je ovlivněn antropogenním faktorem (přídavek kalů) v průběhu kompostování.
6. HUMIFIKACE KOMPOSTŮ Při kompostování je proces humifikace závislý na čase, druhu biomasy, vlhkosti, mikroprostředí a dalších faktorech. Procesy humifikace jsou během prvních 60 – 70 dní exotermické. V této době dochází ke ztrátě až 50 % uhlíku. Stabilita humusu je vyjádřena poměrem C/N. Dobrý kompost má C/N menší než 20 a podle Raj et al. (2005) < 15. Chen Y. et al. (1997) zavedl „humifikovaný index zralosti kompostů“, který je vyjádřen jako poměr NO3/NH4. Za vyzrálý je považován kompost s indexem > 4. Pro každý kompost lze stanovit stupeň aromaticity. Stupeň aromaticity ovlivňuje stabilitu huminových látek. Čím vyšší je aromaticita, tím obtížněji dochází k oxidaci benzenového jádra. Stupeň aromaticity je velmi důležitým parametrem při aplikaci kompostových substrátů na půdy (forma hnojení) nebo pro přímé pěstování rostlin (Ayuso et al., 1996; Séres-Aspax et al., 1985). Maximum aromaticity udává součet koncentrace benzenu a toluenu (B+E3), minimum aromaticky udává součet koncentrace furfuralu a kyseliny octové (N+K), střední stupeň aromaticity udává součet koncentrace pyrolu a fenolu (O+Y) (Ayuso et al., 1996). Nejvyšší hodnotu pro maximum aromacity vykazuje kompost č.2 (9,89) a nejnižší kompost č.3 (1,45), kompost č. 2 (2,66). Z hlediska údajů dostupných v literatuře jsou hodnoty pro komposty č. 1, 2 a 3 silně podlimitní, což je důsledek malého procentuálního zastoupení benzenu a toluenu v pyrolyzátech všech kompostů (Séres-Aspax et al., 1985). Nízké hodnoty B+E3 znamenají, že materiály, které byly kompostovány, nezvyšují svůj aromatický charakter, čili tvorba a přítomnost vysoce kondenzovaných aromatických struktur pro vznik stabilních huminových látek a huminových kyselin je minimální. Minimální aromaticita (N+K) je největší u vzorku č. 1 (3,29), nejmenší u vzorku č. 2 (2,11), vzorek č. 3 dosahuje aromaticity o hodnotě 2,29. Střední aromaticita (O+Y) je nejvyšší u vzorku č.2 (4,4), nejmenší je u vzorku č.1 (3,67). Hodnoty střední a minimální aromaticity jsou lehce podprůměrné. Na nízké hodnotě maximální aromaticity (B+E3) se významně podílí v kompostu č.1 a 3 kaly (tzv.“fresh waste“) obsahující poměrně málo rozvinuté struktury, které by mohly být transformovány. Stupeň aromaticity
Obr.č.4 Aromaticita kompostů Humifikační index určuje stupeň kondenzace aromatických jader. Humifikační index lze vyjádřit poměrem koncentrace benzenu/toluenu (B/E3) v pyrolyzátu. Benzen v pyrolyzátu vzniká z vysoce humifikovaných produktů, toluen z nekondenzované struktury. Hodnoty poměru B/E3 jsou znázorněny na obr.č. 5. Kompost č.1 obsahuje málo kondenzovaných aromatických substancí, přestože poměr B/E3 dosahuje hodnoty 0,44. Tento kompost obsahuje vyšší podíl nekondenzované pseudolabilní hmoty, protože koncentrace toluenu v pyrolyzátu (1,85 %) je vyšší než benzenu (0,81%), který reprezentuje vysoce kondenzovanou aromatickou stabilní frakci organické hmoty. Nejlepších výsledků z hlediska obsahu vysoce kondenzované hmoty dosahuje kompost č. 2 (BRO, B/E3=0,33), kde koncentrace toluenu v pyrolyzátu dosahuje 7.43 % a benzenu 2,45 %. Koncentrace benzenu a toluenu (Marinari etl., Ceccanti et al., 2007) je ve všech pyrolyzátech nízká (obvyklé hodnoty se pohybují okolo 15-30 %). Kompostování bylo zbytečně příliš brzy ukončeno a substrát neměl dostatek času pro vznik podstatné a větší části vysoce stabilní části organické hmoty. Kompost, který nemá dostatečné množství vysoce kondenzované aromatické hmoty, nemá v zemědělství příliš velké uplatnění. Komposty lze hodnotit jako velice slabě humifikované. Jako další humifikační index se používá poměr koncentrace kyseliny octové k pyrolu (K/O). Poměr K/O lze použít jako indikátor čerstvosti materiálu pro kompostování. Čerstvé nekompostované odpady mají vysoký podíl K/O, který dosahuje hodnot okolo 4 - 9, zatímco kompostované substráty mají hodnoty K/O ≤ 2 (Dignac et al., 2005). Z hlediska čerstvosti lze potvrdit, že vzorky č. 1, 2 a 3 podstoupily kompostující proces, neboť hodnoty K/O jsou v rozmezí 0,20-1,75. Pro posouzení zda byl substrát kompostován, lze použít i poměr FK/O (furankarboxaldehyd/pyrol). Všeobecně platí, čím je poměr FK/O menší, tím více 6
AGRITECH
SCIENCE, 12’
uhlíku. Z výsledků je zřejmé, že kompost č.2 (BRO) obsahuje nejnižší koncentraci uhlíku a také nejnižší koncentraci dusíku. Obsah oxidovatelného uhlíku je také v tomto kompostu nejnižší. Vzhledem k tomu, že nemáme k dispozici koncentrace Cox ve vstupních surovinách nemohli jsme posoudit úbytek Cox během kompostovacího procesu. Z koncentrace Cox vyplývá, že kompost č.1 a 3 obsahuje uhlík, který může být ještě dále mineralizován nebo humifikován. Z koncentrace uhlíku a dusíku je vypočten poměr C/N. Kompost č. 1 a 2 nesplňuje podmínku stability kompostů (C/N < 20). Za stabilní je označován kompost, který splňuje podmínku koncentrace DOC ve vodném výluhu v rozmezí 10 – 17 g/kg (Wu L. et al. 2000, SaidPullicino D. et al. 2007). Za vyzrálý je považován kompost, který má ve vodném výluhu koncentraci DOC < 4 g/l (Zmora-Nahum et al. 2011). Tuto podmínku nesplňuje žádný z kompostů a kompost č. 3 nesplňuje ani méně přísná kriteria podle Wu L. et al. (2007). Ve vyzrálém kompostu nesmí koncentrace N-NH4 ve vodném výluhu převýšit hodnotu 0,04 % Zucconi and Bertoldi (1987) a poměr mezi amoniakálním dusíkem a dusičnanovým dusíkem musí být menší než 0,16 (Rekha P. et al., 2005). Z tabulky č. 3 je zřejmé, že podmínka koncentrace N-NH4 je splněna u všech kompostů, ale v kompostu č. 3 není splněna hodnota poměru pro amoniakální a dusičnanový dusík. Kompost č. 3 nevyhovuje ani humifikačnímu indexu zralosti (NO3/NH4) podle Chen Y (1997), který musí být > 4. Zralost kompostu lze vyjádřit humifikačním koeficientem, poměrem huminových kyselin a fulvo kyselin, který je ve vyzrálých kompostech > 1,9 (Raj D. 2005). Všechny komposty lze podle tohoto indikátoru považovat za vyzrálé. V kompostech byla určena i koncentrace huminových kyselin (tabulka č.4). Nejvyšší koncentraci obsahuje kompost č.2 (BRO).
roste biodegradace a humifikace organické hmoty během kompostování (Ceccanti et al., 1986). Poměr FK/O u nekompostovaných substrátů dosahuje hodnot, které převyšují 0,5. Naopak u substrátů, které podstoupily proces kompostování, dosahují hodnot ≤0,5. Poměr FK/O je u sledovaných vzorků roven 0,1. Rostoucí stupeň humifikace je vyjádřen poklesem koncentrace acetonitrilu v pyrolyzátu a nárůstem koncentrace pyrolu, který reprezentuje heterocyklický dusík. Část heterocyklického dusíku vstupuje během procesu humifikace do pevných, stabilních částí huminových substancí. Acetonitril patří mezi hlavní pyrolýzní produkty proteinů, nukleových kyselin, porfyrinů a peptidů (Irwin a Slack, 1982, Bracewell et al., 1984) a pyrol je produktem pyrolýzy bílkovin. Poměr koncentrace acetonitrilu a pyrolu (E1/O) je indikátorem relativního obsahu alifatických dusíkatých látek a heterocyklických dusíkatých látek. Význam heterocyklických dusíkatých látek je spojován s přítomností „vyvinuté organické hmoty“, která je reprezentována huminovými látkami s vysoce kondenzovanou strukturou. Z tohoto důvodu je velmi často posuzován poměr E1/O ve vztahu k poměru B/E3. Poměr E1/O je u vzorků kompostů v rozmezí od 2,012,66. Poměr E1/O v kompostech mnohonásobně převyšuje index humifikace, který je v rozsahu 0,330,44. V poměru E1/O jednoznačně převládá acetonitril nad pyrolem, což indikuje stále přítomnost alifatických dusíkatých látek (Dignac et al., 2005), které reprezentují málo humifikovanou organickou hmotu. Hodnota poměru E1/O v kompostu č.2 (BRO) je nejnižší (2,01), kompost obsahuje méně alifatických dusíkatých látek než ostatní dva komposty.
7. URČENÍ STUPNĚ ZRALOSTI KOMPOSTŮ V tabulce č.4 jsou uvedeny koncentrace uhlíku a dusíku v kompostech a dále koncentrace oxidovatelného
Tab. č.3 Parametry určující zralost kompostu a humifikaci DOC N-NO3 N-NH4 N-NH4/N-NO3 g/kg mg/kg Kompost č.1 8,53 328,8 22,96 0,07 Kompost č.2 13,09 809,9 10,42 0,014 Kompost č.3 18,10 614,7 153,63 0,249
N-NO3/N-NH4
Tab. č.4 Koncentrace uhlíku a dusíku v kompostech a humifikační parametry Cox z C N C/N C Cox % % % % Kompost č. 1 35,41 10,71 30,24 1,683 21,03 Kompost č. 2 22,45 7,76 34,55 0,684 32,85 Kompost č. 3 36,02 9,98 27,70 2,095 17,19 Vysvětlivky: HA – huminové kyseliny, HF – fulvokyseliny
7
11,11 77,63 4,01
HA/HF 2,93 4,35 2,77
NH4 % 0,002 0,001 0,015
HA % 4,66 6,38 4,71
DOC/Norg 19,15 31,26 48,69
Q4/Q6 7,98 6,85 10,60
AGRITECH
SCIENCE, 12’
postupu kompostování probíhalo 230-500 dnů pro vzorky kompostů č. 1, 2, 3. Tento údaj není ověřen, neboť nebyla poskytnuta informace od firmy Agroeko s.r.o. Pro zhodnocení délky kompostování z hlediska rozkladu sacharidů, polysacharidů, bílkovin a fenolu byl použit následující parametr N+L/H+Y – zde vychází délka kompostování na cca 70 dnů. • K1/F (hydroxypropanon/furanmethanol – indikátor relativního množství degradované hemicelulosy k celulose). Nejmenší obsah hemicelulosy je ve vzorku BRO (č. 2) a kompostu č. 3, poté následují vzorky č. 1. V těchto vzorcích se hemicelulosa rozkládá pomaleji a je jí obsaženo více než ve vzorku BRO. • FK/O (posouzení toho, zda substrát byl či nebyl kompostován). U nekompostovaných substrátů dosahuje velikost parametru K1/FK>0,5, u kompostovaných <0,5. Komposty č. 1,2,3 mají hodnotu FK okolo 0,1, čili substráty podstoupily proces kompostování. • K1/FK parametr, který stanoví množství nedegradované celulosy – největší je ve vzorku č. 1, nejmenší je ve vzorku č. 2. • K/O (kyselina octová/pyrol) – indikátor čerstvosti a toho, zda substrát podstoupil proces kompostování či nikoliv. Kompostované suroviny mají hodnotu poměru K/O menší nebo rovnou 2. Vzorky č. 1,2,3 mají hodnotu poměru K/O v rozmezí od 0,2-1,75. Substráty podstoupily proces kompostování. K/O lze použít i jako indikátor biodegradace. Čím je tento poměr menší, tím větší je biodegradace, a tím lepší podmínky jsou pro humifikaci organické hmoty. Nejlepší biodegradace a humifikace je dosažena u vzorku č. 2 (BRO). Ověřeno výpočtem FK/O a rozborem B/E3. • Stupeň aromaticity – nejlepší hodnoty maximální aromaticity jsou spojeny s kompostem BRO, následuje vzorek č. 3 a 1. Hodnoty maximální aromaticity jsou podprůměrné u všech kompostů z důvodu nízké koncetrace benzenu a toluenu v pyrolyzátu. Hodnoty střední a minimální aromaticity jsou u všech kompostů lehce podprůměrné. • B/E3 – zhodnocení humifikace. Nejlepší humifikace s největším zastoupením vysoce aromatických kondenzovaných struktur je u vzorku č. 2 (BRO), následuje kompost č. 1 (B/E3=0,44; toluen 1,85 %, benzen 0,81 %) a poslední je kompost č. 3 (B/E3=0,40; toluen 1,032 %, benzen 0,416 %). • Zhodnocení antropogenních příměsí v kompostu – E3/S (toluen/styren) určuje svou velikostí přítomnost plastových materiálů. Plasty jsou přítomné ve vzorku č. 2 (BRO). Kompost č. 1 obsahuje PVAC, kompost č. 3 obsahuje ftaláty a jejich deriváty. Vše bylo potvrzeno analýzou Py-GC/MS.
8. ZHODNOCENÍ • Chemicky je vzorek č. 1 podobný vzorku č. 3, vykazují podobné chování během procesu kompostování – prokázáno na základě stanovení parametrů N+K, B+E3, E1+O+Y a dále na základě koncentrace uhlíku v kompostu a koncentrace huminových kyselin. • Vzorek č. 2 (BRO) má převahu aromatické složky nad složkou sacharidů, bílkovin a fenolů (B+E3 >N+K, B+E3 >E1+O+Y) – toto indikuje správnost postupu při kompostování. Procesem kompostování je nutné dosáhnout vzniku vysoce kondenzované organické hmoty, která je vyjádřena vyšší koncentrací benzenu nad toluenem a parametry N, K, O, Y. • Všechny vzorky kompostů obsahují enormně malé množství látek, které se podílejí na humifikaci. • Parametr B/E3 není jednoznačným ukazatelem vysoce kondenzované aromatické organické hmoty (huminových substancí) – je vždy nutné v rámci tohoto parametru porovnat koncentraci benzenu (indikátor vysoce aromatické stabilní hmoty) a toluenu (indikátor pseudolabilní organické hmoty). Koncentrace benzen musí být vždy vyšší než toluenu. Koncentrace benzenu v pyrolyzátu by měla být větší než 15 %. Tato koncentrace nebyla získána v žádném pyrolyzátu. Z hlediska obsahu stabilních huminových substancí je na tom nejlépe kompost č.2 (BRO), i když má hodnotu B/E3=0,33. • Parametr N/O (index mineralizace, který definuje snadně mineralizovatelnou hmotu v substrátu) je u kompostu č. 2, 3 přibližně na stejné úrovni (hodnota 0,2). Nejnižší mineralizace vykazuje kompost č. 1 (20 % dřevní štěpka, 40 % řepková sláma, 40 % čistírenský kal z ČOV Biocel Paskov) – důsledek přítomnosti pevné lignocelulosy. • Parametr K/E3 (index mineralizace) – byl použit pro kontrolu parametru N/O. Kompost č. 1 má nejnižší mineralizaci organické hmoty. Kompost č. 2, 3 mají velmi podobnou mineralizaci. rozdíl v jejich mineralizačních parametrech je minimální. • O/Y (tento index mineralizace vyjadřuje přítomnost mineralizatelné hmoty v substrátu, pojí se ke stabilní humifikované hmotě) – z hlediska obsahu málo mineralizovatelné hmoty lze konstatovat, že vzorek č. 2 obsahuje nejvíce stabilní hmoty. Komposty č. 1 a 3 mají hodnoty O/Y v rozmezí 0,61-0,66, a obsahují tedy málo stabilní hmoty a hodně hmoty, která není mineralizována. Toto je pravděpodobně důsledek chemického složení vstupních substrátů s vysokým obsahem lignocelulosy (sláma, dřevní štěpka). • E1/O (acetonitril/pyrol) – tento index vyjadřuje vztah mezi dusíkem v alifatických sloučeninách a mezi dusíkem obsaženým v heterocyklických sloučeninách. Převládá (u všech vzorků) acetonitril nad pyrolem, což indikuje převahu alifatických látek obsahujících dusík nad heterocyklickými sloučeninami dusíku, které jsou bohatou součástí huminových látek, huminových kyselin a fulvokyselin. Substráty stále degradují. • Stanovení délky dekompozice vstupních surovin – na základě parametrů N+L/E3+Y by při klasickém
9. ZÁVĚR Komposty byly kompostovány způsobem, který zaručil celkem úspěšný rozklad vstupních surovin, ovšem naprosto nedodržel podmínky pro vytvoření stabilní části organické hmoty s vyšším stupněm 8
AGRITECH
SCIENCE, 12’
Pyrolysis, 58-59, 361-370, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2001. GALLETTI G.C., REEVES J.B.: Pyrolysis-gas chromatography ion-trap detection of polyphenols (vegetable tannins)-Preliminary-results. Organic Mass Spectrometry, 27, 226-230, Wiley-Blackwell London, 1992. HELLEUR R.J., HAYES E.R., JAMIESON W.D., CRAIGIE J.S.: Analysis of polysaccharide pyrolysate of red algae by cappillary gas chromatography-mass spectrometry. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 8, 333-347, Elsevier Ltd. Amsterdam, 1985. HERNÁNDEZ T., MASCIANDARO G., MORENO J.I., GARCÍA C.: Changes on organic matter composition during composting of two digested sewage sludges. Waste management, 26, 1370-1376, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2006. CHAN K.Y., BOOOWMAN A., OATES A.: Oxidizible organic carbon fractions and soil quality changes in an oxic paleustalf under different pasture leys. Soil Sci. 166, 61–67, Walters Kluwer Amsterdam, 2001. CHEN Y., CHEFETZ B., ADANI F., GENEVINI P., HADAR Y.: Organic matter transformation during composting of municipal soild waste. In: The Role of Humic Substances in the Ecosytems and in Environmental Protection. Drozd, J.; Gonet, S. S.; Senesi, N.; Weber, J. (eds.). 795-804, Wroclaw: Polish Society of Humic Substances, 1997. CHIAVARI G., GALLETTI G.C.: Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry of amino acids. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 24, 123137, Elsevier Ltd. Amsterdam, 1992 IRWIN W.J., SLACK J.A.: Analytical pyrolysis in biomedical studies. Analyst 103,673-704, Royal Society of Chemistry (RSC) London, 1982. KRÁLOVÁ M. a kol.: Vybrané metody chemické analýzy půd a rostlin. 1-151, ACADEMIA Praha, 1991 MARINARI S., MASCIANDARO G., CECCANTI B., GREGO S.: Evolution of soil organic matter changes using pyrolysis and metabolit indices. A comparison between organic and mineral fertilization. Bioresource Technology, 98, 2495-2502, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2007. MARINARI S., LIBURDI K., MASCIANDARO G., CECCANTI B., GREGO S.: Humificationmineralization pyrolytic indices and carbon fractions of soil under organic and conventional management in central Italy. Soil &Tillage Research 92, 10-17 Elsevier Ltd. Amsterdam, 2007. POUWELS A.D., EIJKEL G.B., BOON J.J.: Curiepoint pyrolysis-capillary gas chromatography –highresolution mass spectrometry of microcrystalline celulose. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 14, 237-280, Elsevier Ltd. Amsterdam,1989. RAJ D., ANTIL R.S.: Evaluation of maturity and stability parameters of composts prepared from agro-
kondenzace, která je reprezentována vysokým procentuálním zastoupením benzenu. V důsledku malého množství stabilní organické hmoty se snižuje možnost použití kompostů v zemědělství. Důvody pro, které je rozsah humifikace menší mohou být v urychlení procesu a také procentuální skladba a zastoupení vstupních surovin může být další příčinou. Kompost č. 1 a č. 2 nesplňuje podmínku stability (C/N <20). Kompost č. 3 splňuje podmínku stability (C/N <20), ale má o něco nižší hodnotu mineralizace a humifikace stabilní organické hmoty. Komposty, které neobsahují stabilní část organické hmoty (především ve formě huminových kyselin) nejsou příliš cenné pro zemědělské a zahradnické účely. Tyto komposty lze doporučit k energetickému využití. PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu NAZV Ministerstva zemědělství QI101C246 “Využití travní fytomasy z trvalých travních porostů a z údržby krajiny“ a MŠMT CZ.1.05/2.1.00/03.0069 „ENET Energetické jednotky pro využití netradičních zdrojů energie“.
LITERATURA ALCANIZ J.M., SERES A., GASSIOT-MATAS M.: Diferenciacion entre humus mull carbonatado y mull evolucionado por Py-GC. 217-228, Proc. 1. Congr. Nac. Ciencia del Suelo. Madrid, 1984. AYUSO M., HERNÁNDEZ T., GARCÍA C., PASCUAL J.A.: Biochemical and chemical-structural characterization of different organic materials used as manures. Bioresource Technology, 57, 201-207, Elsevier Ltd. Amsterdam, 1996 BRACEWELL J.M., PACEY N., ROBERTSON G.W.: Organic matter in onshore cretaceous chalks and its variations, investigated by pyrolysis-mass spectrometry. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 10, 199-213, Elsevier Ltd. Amsterdam, 1984. CECCANTI B., ALCANIZ J.M., GISPERT M., GASSIOT M.: Characterization of organic matter from two different soils by pyrolysis-gas chromatography and isoelectrofocusing. Soil Sci. 150, 763-770, Walters Kluwer Amsterdam, 1986. CECCANTI B., MASCIANDARO G., MACCI C.: Pyrolysis-gas chromatogramy to evaluace the organic matter quality of a mulched soil. Soil &Tillage Research, 97, 71-78, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2007. DIGNAC M.F., HOUOT S., FRANCOU C., DERENNE S.: Pyrolytic study of compost and waste organic matter. Organic Geochemistry 36, 1054-1071, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2005. FABBRI D.: Use of pyrolysis-gas chromatographymass spectrometry to study environmental pollution caused by synthetic polymers: A case study: The Ravenna Lagoon. Journal of Analytical and Applied 9
AGRITECH
SCIENCE, 12’
spectroscopy. Science of the Total Environment, 407, 2390-2403, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2009. WALKLEY A, BLACK I.A.: An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter and modification of the chromic acid titration method. Soil Sci., 37, 29–38, Walters Kluwer Amsterdam, 1934. WILSON M.A., PHILP R.P., GILLAM A.N., GILBERT T.D., TATE K.R.: Comparison of the structures of humic substances from aquatic and terrestrial sources by pyrolysis-gas chromatographymass spectrometry. Geochim. Coschim. Acta 47, 497502, Elsevier Ltd. Amsterdam, 1983. WU L., MA L.Q., MARTINEZ G.A.: Comparison of methods for evaluating stability of biosolids compost. Journal of Environmental Quality, 29, 424-429, American Society of Agronomy, Madison, 2000. ZMORA-NAHUM http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0038071705001409 - aff1 S., Markovitch O., Tarchitzky http://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S0038071705001409 - aff2 J., Chen Y.: Dissolved organic carbon (DOC) as a parameter of compost maturity. Biosource Technology, 102, 2868-2873, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2011. ZUCCONI F., DE BERTOLDI M. : Compost specifications for the production and characterization of kompost from municipal solid waste. In compost: Production, quality and use, ed. M-de Bertoldi, M-P, Ferranti P., L´Hermite, F. Zucconic. 30 – 50, Elsevier Applied Science Essex, 1987.
industrial Wales. Soil Biology and Biochemistry, V.37, 2109-2116, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2005. REHKA P., RAJ SUMAN D.S., APARNA C., BINDU HIMA V., ANJANEYULU Y.: Bioremediation of contaminated lake sediments and evaluation of maturity indicies as indicator of compost stability. Int.J.Environ.Res.Public Health, 2, 251-262, MDPI Publishing, Basel, 2005. SAIZ-JIMENEZ C., DE LEEUW J.W.: Lignin pyrolysis products: Their structures and their signifikance as biomarkers. Organic Geochemistry 10, 869-876, Elsevier Ltd. Amsterdam, 1986. SAID-PULLICINO D., ERRIQUENS F.G., GIGLIOTTI G.: Changes in the chemical characteristics of water-extractable organic matter during composting and their influence on compost stability and maturity. Biosource Technology, 98, 1822-1831, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2007. TANG J.C., MAIE N., TADA Y., KATAYAMA A.: Characterization of the maturing process of cattle manure compost. Process Biochem. 41, 380 – 389, Elsevier Ltd. Amsterdam, 2006. Technical report for End-of-waste criteria on Biodegradable waste subject to biological treatment. First Working Document 21 February 2011. IPTS. Sevilla, Spain TSUGE S., MATSUBARA H.: High-resolution pyrolysis-gas chromatography of proteins and related materials. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 8, 49-64, Elsevier Ltd. Amsterdam, 1985. VERGNOUX A., GUILIANO M., LE DRÉAU Y., DUPUY N., DOUMENQ P.: Monitoring of the evolution of some compost properties by NIR Abstrakt:
Zralost kompostů je určena procesy mineralizace a humifikace. V současné době chybí kriterium pro posuzování zralosti kompostů. V článku je porovnávána možnost využití poměrů produktů pyrolyzního rozkladu majoritních komponent biomasy k určení mineralizace a humifikace, které byly ověřeny na 3 druzích kompostu. Komposty se lišily skladbou vstupních surovin. Za nejvýznamnější lze považovat poměr 0/Y (pyrol/fenol), který určuje zastoupení mezi mineralizovanou složkou a stabilní složkou kompostu. Významné jsou i poměry charakterizující rozklad celulózy a hemicelulózy K1/F (hydroxypropanon/furnamenthol) a K1/FK (hydroxypropanon /furankarboxaldehyd) určující nerozloženou celulózu. Klíčová slova: Kompost, mineralizace, humifikace, produkty pyrolýzního rozkladu, aromatiticita
Kontaktní adresa: Jana Kuchařová, Helena Raclavská, Martina Volfová, Dagmar Juchelková, Petra Sikorová VŠB – Technická univerzita Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba Tel.: 597 323 730 e-mail:
[email protected] Recenzovali: Ing. M. Šperl, Ph.D., Ing. S. Kraml
10
