Kompostování
odpadù
a potencionální
riziko
mikrobiální
kontaminace Magdalena Zimová a Ladislav Matìjù 1.0 Úvod V celém svìtì vzrùstá snaha o znovu-využívání nejrùznìjších druhù odpadù a vedlejších produktù z nejrùznìjších prùmyslových a zemìdìlských èinností vèetnì odpadù z domácností. Organické odpady se nejèastìji pøepracovávají biologickými metodami. Nejèastìjší je kompostování za aerobních i anaerobních podmínek (Déportes et al., 1995). Technologické postupy jsou velmi rùznorodé a záleží pøedevším na typu zpracovávaných odpadù a dále pak na požadovaných produktech, napø. kompost, bioplyn, pøedèištìná odpadní voda a pod. Pøi výbìru materiálu pro kompostování je pozornost vìnována pøedevším chemickému složení, zejména obsahu tìžkých kovù a dalších cizorodých látek. Tento zájem je oprávnìný, protože obsah cizorodých látek nebezpeèných pro životní prostøedí, kulturní rostliny, živoèichy i lidi se èasto v prùbìhu kompostovacího procesu nemìní a zùstává i v koneèném produktu, takže s ním pøecházejí do zemìdìlské pùdy a pod. (Henry a Harrison, 1992, Garcia et al., 1990). Odpady urèené ke kompostování nejsou však vùbec hodnoceny a sledovány z hlediska mikrobiologického, pøestože jejich kontaminace fekálními streptokoky (enterokoky), fekálními koliformními bakteriemi i dalšími patogenními a podmínìnì patogenními mikroorganismy je èasto velmi vysoká. Proto je v poslední dobì vìnována v celém svìtì pozornost tomu, jak jednotlivé technologické postupy kompostování èi jiného biologického zpracování odstraòují a nièí tyto nežádoucí mikroorganismy. Tento zájem je velmi dùležitý zejména s ohledem na nìkteré druhy použití výsledných produktù biologického zpracování odpadù. Velmi èasto jsou komposty a z nich odvozené substráty používány ke hnojení høiš•, parkù a dalších veøejných prostranství, kde nebezpeèí inhalace pøežívajících mikroorganismù je velmi vysoké. Nebezpeèí kontaminace je i pøi otevøených zranìních pøi sportu na kompostem èi substrátem ošetøených travnatých sportovištích (Pepper et al., 1993, Scanlan et al., 1989). Ještì vìtší je nebezpeèí u dìtí. Studie totiž prokázaly, že dítì mùže dennì orálnì pøijmout až 100 mg prachu z pùdy. Když dítì trpí geophagií, množství požité pùdy mùže být až 5 g za den (Calabrese et al., 1989, Sheppard et al., 1992). Vzhledem k tomu, že v souèasné dobì je velké množství kompostù a substrátù distribuováno v maloobchodní síti a jejich využití je velmi èasté i v domácnostech napø. v kvìtináèích èi pøi pìstování rùzných rostlin na balkónech a lodžiích, je potøeba mikrobiologické kontroly a snižování 33
poètu podmínìnì patogenních a patogenních mikroorganismù nezbytná stejnì jako úèinné postupy potlaèující nežádoucí mikrobiální osídlení již pøi samotné výrobì.
2.0 Biologická rizika S ohledem na biologická rizika používání kompostù bylo ve svìtì i u nás provedeno velké množství studií, které mìly za hlavní cíl urèit velikost rizika a jeho druhy. V rámci tìchto prací byly v kompostech sledovány výskyty jednotlivých typù organismù, které mají urèitý vztah ke vzniku ohrožení. Stanovení byla provádìna jak v kompostech, tak ve vzduchu kompostáren, skladovacích prostorech kompostù a pod. Napø. Salmonella byla nalezena ve ètyøech vzorcích ze 108 zkoumaných, Escherichia coli se vyskytovala v poètech 0 až 158 bunìk na 1 gsuš kompostu, celkový poèet koliformních bakterií dosahoval až 106 KTJ na 1 gsuš a vyskytovaly se v 95 % zkoumaných vzorkù kompostu, fekální streptokoky ve 24 vzorcích se vyskytovaly v poètech 102 až 109 KTJ na gsuš kompostu. Výskyt vajíèek nìkterých èervù se pohyboval ve zkoumaných vzorcích od 0 do 90 kusù v g kompostu (Déportes et al., 1995). Pøi studiu obsahu rùzných organismù ve vzduchu kompostáren byly zjiš•ovány plísnì, aktinomycety, gramnegativní bakterie i kvasinky. U pracovníkù v kompostárnách (pøedevším zpracovávajících pøebyteèný aktivovaný kal a organický podíl domovního odpadu) byly zjištìny i zdravotní problémy (Heida et al., 1995, Sigsgaard et al.,1994). 2.1 Cesty šíøení Životní prostøedí i lidé jsou vystaveni nepøíznivým vlivùm kompostù pøi jejich výrobì, skladování a zrání, jejich aplikaci i následnì. Pokud není kompost dostateènì sanitovaný mùže docházet k ohrožování životního prostøedí i lidského zdraví ve všech døíve uvedených pøípadech. Pøi výrobì a skladování dochází k rozprachu a obohacování výstupních plynù (pøi nucené aeraci). Lidé jsou pøímo ohrožováni inhalací mikroorganismù adsorbovaných na prachových èásticích. Pøi aplikaci kompostù dochází rovnìž k rozprachu a pøi nedostateèné ochranì mohou lidé kompost i nedopatøením požít. Po aplikaci mùže kompost ulpìt na zeleninì èi jiných rostlinách a pøi nedostateèném omytí mùže být snìden. Aplikací, zejména opakovanou, dochází k obohacování pùdy o nežádoucí organismy , které mohou být pøi ošetøování pùdy rozprášeny, mùže docházet k jejich vyplavování vlivem srážek do podzemní vody i povrchových tokù. Pøi sportování na trávnících dochází rovnìž k rozprachu. Navíc pøi zranìních kùže mùže dojít k pøímému zanesení infekce.
34
Z uvedeného je zøejmé, že cest kontaminace je velké množství a že je nezbytné sanitaci kompostù vìnovat velkou péèi. Tato skuteènost nabývá na významu také proto, že stále vìtší množství kompostù a nejrùznìjších substrátù se využívá v domácnostech pøi pìstování kvìtin èi rostlin. Proto je nezbytné, aby mikrobiologická kvalita kompostù byla stanovena závaznými ukazateli, které musí všichni výrobci dodržovat. Je samozøejmé, že sanitace kompostu je nezbytná. Samotné technologické postupy mohou podstatnì eliminovat nežádoucí organismy, avšak pøi skladování a zrání kompostù, jejich balení a pøepravì dochází èasto k sekundární kontaminaci, která má v kompostu velmi dobré podmínky k množení. 2.2 Rizika Z mikrobiologického hlediska mohou rizika pùsobit organismy obsažené ve zpracovávaném materiálu, organismy vznikající v prùbìhu kompostování nebo mikroorganismy, které se do kompostù dostanou jako sekundární kontaminace. Mikroorganismy pøicházející do procesu se zpracovávaným odpadem jsou vìtšinou spojeny se zažívacím traktem a vìtšina by jich mìla v prùbìhu kompostování vymizet. Organismy, které se vyvinou v prùbìhu kompostování a podílejí se na degradaci organické hmoty, jsou vìtšinou mezofilní a termofilní bakterie a plísnì. Mezi nimi se vyskytuje nìkolik podmínìnì patogenních druhù (Strauch, 1987). Organismy, jejich spory i toxiny (endotoxiny gramnegativních bakterií) pùsobí zdravotní nebezpeèí u pracovníkù kompostáren i uživatelù kompostù. Do organismu se dostávají pøedevším dýchacími cestami. Jsou to grampozitivní bakterie (vèetnì aktinomycet), gramnegativní bakterie a plísnì. O tom, jaká kriteria z biologického hlediska by kompost mìl splòovat se vedou stále spory. Avšak jako doporuèené hodnoty z literatury lze uvést následující: fekální streptokoky max. 5x103/g, enterobakterie 5x102/g, nepøítomnost salmonel ve 100 g kompostu a nepøítomnost vajíèek parazitù (Strauch, 1987). Pøežívání virù závisí pøedevším na vlhkosti a teplotì. Jejich množení v hotovém kompostu nebylo prokázáno. Pøežívání vajíèek parasitù (Ascaris) je velmi dlouhé. Byla nalezena i tøi roky po aplikaci kompostu do pùdy. V kompostech byly kvalitativnì prokázány i aflatoxiny. Jejich koncentrace však nebyly zjištìny, a proto nelze posoudit jejich negativní vliv (Epstein a Epstein, 1985). Gramnegativní bakterie jsou nebezpeèné proto, že tvoøí endotoxiny. Jako limit se uvádí koncentrace gramnegativních bakterií v 1 m3 vzduchu 1000 KTJ. Stanovení endotoxinù ve vzduchu v kompostárnách ukázalo jejich koncentraci v rozmezí 10 až 14 ng/m3 vzduchu. Tato koncentrace je považována za neškodnou (Désportes et al., 1995). 35
Pomìrnì velké riziko souvisí s výskytem aktinomycet. Jejich negativní vliv byl prokázán již døíve u zamìstnancù v žampionárnách. Koncentrace aktinomycet jsou v kompostech èasto velmi vysoké a jejich negativní pùsobení na zdraví zamìstnancù kompostáren bylo prokázáno (Shenyi et al., 1991). V kompostech byla sledována i pøítomnost patogenních kvasinek, zejména kvasinky Candida albicans. Tento druh ani jiné patogenní kvasinky nebyly v kompostech nalezeny. Pøi kompostování organického podílu vytøídìného z pevného domovního odpadu po drcení byly nalezeny fekální koliformní bakterie, enterokoky, Salmonella, gramnegativní bakterie a plísnì (Jager et al., 1994). V Australii bylo prokázáno, že vìtšina infekèních onemocnìní pùsobených bakteriemi z rodu Legionella je zpùsobována druhem Legionella longbeachae, který byl prokázán v kompostech z døevních odpadù (Hughes a Steele, 1994). Kromì tohoto druhu se v tomto druhu kompostu vyskytovala i L. bozemanii a nìkteré další druhy tohoto rodu. Vzhledem k rozsahu infekcí (Cameron et al., 1991) byl proveden podrobný prùzkum v kompostech vyrábìných prùmyslovì i na zahrádkách a v parcích soukromých osob. V podstatì ve všech vzorcích byly bakterie rodu Legionella nalezeny (Hughes a Steele, 1994).
Z literárních údajù vyplývá, že patogenní organismy zjištìné v kompostovaných odpadech zahrnují pøes dvacet druhù virù, 15 druhù protozoí, kolem 30 druhù a rodù bakterií, 15 druhù plísní a 14 druhù helminthù (Déportes et al., 1995).
3.0 Požadavky na kvalitu kompostu V souèasné dobì se kvalitì kompostù vèetnì jejich zdravotní nezávadnosti vìnuje ve státech Evropské unie stále vyšší pozornost.Vysoká kvality výsledného produktu závisí na výbìru vhodných vstupních surovin a øízení kompostovacího procesu. Stále více je využíván separovaný odpad z domácností vèetnì zeleného odpadu. V Evropì je tak vyprodukováno okolo 5 milionù tun kompostu. Pøístup ke kvalitì kompostování není ve všech státech EU jednotný, lze jej rozdìlit do tøí skupin. V první skupinì, kam patøí Rakousko, Belgie, Nìmecko, Dánsko, Luxembursko, Holansko a Švýcarsko, mají stanovena kriteria kvality a tvoøí cca 85 % celkové produkce kompostu z bioodpadu.
36
Do druhé skupiny se øadí Francie, Finsko, Itálie, Švédsko a UK. Tyto státy se teprve pøipravují na pøevzetí pravidel pro øízení kvality kompostování. Ve tøetí skupinì zatím nejsou pøijata žádná pravidla pro využívání separovaného odpadu a vìtšinou se používá neseparovaný TKO. Sem patøí Øecko, Španìlsko, Irsko a Portugalsko. Zemì patøící do první skupiny si stanovily vlastní kriteria kvality. Kde každá zemì kromì obecných požadavkù preferuje i další kriteria. Napø. Belgie pachové emise, Dánsko obsah organických látek. Hygienické pøedpisy v Rakousku mají konkrétní požadavky na kompostovací proces. Teplota kompostovaného materiálu musí mít teplotu bìhem regulovaného kompostování po 4 dny více než 64 stupòù Celsia. Podmínky pro regulované kompostování se stanovují pøed uvedením zaøízení do provozu a pøi každé zmìnì technologie. V Nìmecku musí být výsledkem kompostovacího procesu hygienicky bezpeèný produkt, který v žádném pøípadì nesmí obsahovat patogenní mikroorganismy. V øíjnu 1998 byl pro kompostování bioodpadu pøijat zvláštní pøedpis, který stanoví pøípustné materiály do kompostu, obsah tìžkých kovù, hygienická kriteria, postup pøi odbìru a analýze vzorkù. V Holansku musí být každá kompostárna individuálnì certifikována.
4.0 Èeské zkušenosti Od roku 1986 byl sledován výskyt pathogenních organismù v nìkterých typech odpadù ve výzkumné skupinì pùdy a odpadù Státního zdravotního ústavu v Praze. Výsledky dlouhodobého sledování jsou graficky znázornìny na obr. è. 1. Procentuální výskyt indikátorù fekálního zneèištìní a salmonel ve sledovaných vzorcích je uveden v tab. è. 3. TABULKA è. 3 Procentuální výskyt indikátorù fekálního zneèištìní v kejdách, kalech a tuhém domovním odpadu (procento vzorkù obsahujících sledované mikroorganismy) Odpad
Koliformní
Fekální
bakterie
koliformní
Enterokoky Salmonely
bakterie Kejda
56,0
48,0
40,0
8,3
Kaly
100,0
100,0
100,0
45,5
Tuhý domovní odpad
100,0
100,0
100,0
0
37
Z výsledkù uvedených v tab. è. 3 je zøejmé, že výskyt bakterií rodu Salmonella je nejèastìjší v kalech z mechanicko-biologických èistíren odpadních vod. (Zimová, 1994) MIKROBIOLOGICKÝ ROZBOR KEJD, KALÙ A TUHÝCH DOMOVNÍCH ODPADÙ KEJDA KALY
10
TDO
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
mesofilní bakterie
sporulující bakterie
termofilní bakterie
koliformní bakterie
fekální koliformní bakterie
enterokoky
Na základì dlouholetých zkušeností a praktických znalostí a v souladu s doporuèenými smìrnicemi WHO byly stanoveny limitní poèty mikrobiálního zneèištìní pro èistírenské kaly aplikované do zemìdìlských pùd, pro komposty a z nich pøipravené substráty: fekálnì koliformní bakterie < 10 KTJ v g, enterokoky < 10 KTJ v g, bakterie rodu Salmonella nesmí být pøítomné (Klánová a Masná, 1990). Pro velkoplošnou aplikaci kompostù jsou limitní poèty deseti násobné, pøítomnost bakterií rodu Salmonella je pøípustná, avšak nebyla konkretizována (Klánová a Masná, 1990). Novela zákona o odpadech navrhuje pro kaly aplikované na zemìdìlskou pùdu vyšší limitní hodnoty: pro fekální koliformní bakterie a enterokoky 103 KTJ/g. Bakterie rodu Salmonella nesmí být pøítomné. Na našem pracovišti do pøijetí zákona o hnojivech bylo pravidelnì provádìno hodnocení výrobkù pøed schválením jejich distribuce v obchodní síti (komposty, zeminy, hnojiva) se provádí mikrobiální charakteristika výrobkù. V tab. è. 4 jsou uvedeny procentuální poèty výrobkù, které nesplnily výše uvedené hygienické limity. TABULKA è. 4 Procentuální výskyt indikátorù fekálního zneèištìní v kompostech, kompostované kejdì, aerobnì stabilizovaném kalu (procento vzorkù, které nevyhovìly hygienickým limitùm). Výrobek
Fekální
koliformní Enterokoky
Salmonely
bakterie Kompost
33,3
66,7
38
0
Kompostovaná kejda 57,1
28,5
0
Kaly z ÈOV
50,0
20
66,7
Výsledky ukazují, že kompostovací technologie v souèasné dobì nejsou dostateènou zárukou hygienizace odpadù. Zvýšené obsahy podmínìnì pathogenních a pathogenních mikroorgasnimù mohou být zpùsobeny také sekundární kontaminací pøi manipulaci a skladování výsledných produktù. V souèasné dobì se však kontrola kompostù po stránce hygienické dìlá velmi ojedinìle a ze strany UKZUZ je požadována v ojedinìlých pøípadech. Z tìchto dùvodù nám není zcela jasné jak probíhá kontrola výrobkù z hlediska možných rizik tak, aby bylo vyhovìno zákonu o hnojivech. Sledování kvality kompostovaných odpadù má své opodstatnìní vzhledem k tomu, že mnoho výrobcù zøejmì nedodržuje technologickou kázeò. Mikrobiologická kontrola pøi výrobì by mìla být nedílnou souèástí výrobní praxe, aby nedocházelo k distribuci výrobkù ohrožujících jejich uživatele a životní prostøedí.
5.0 Použitá literatura American Public Health Association (1992): Standard methods for the analysis of water and wastewater, 18th edition, American Public Health Association, Washington D.C. Calabrese, E.I., Barnes, R., Stanek, E.J., Pastides, H., Gilbert, C.E., Veneman, P., Wang, X., Laszuty, A., Kostecki, P.T. (1989): How much soil do young childern ingest: an epidemiologic study, Regul.Toxicol.Pharmacol. 10:123 Déportes, I., Benoit-Guyond, J.-L., Zmirou, D. (1995): Hazard to man and the environemnt posed by the use of urban waste compost: a review, Sci.Total Environ. 172:197 Epstein, E., Epstein, J.J. (1985): Health risk of composting, BioCycle, May-June:38 Feachem, R.G., Bradley, D.J., Garelick, H., Mara, D.D. (1983): Sanitation and Disease - Health Aspects of Excreta and Wastewater Management, John Wiley and Sons, Chichester p. 145 Garcia, C., Hernandez, T., Costa, F. (1990): The influence of composting and maturation processes on the heavy metals extractability from some organic wastes, Biol.Wastes, 31:291 Goluecke, C.G. (1991):When is compost save, The Biocycle Guide to the Art and Science of Composting, J.G. Press, Emmaus, USA p. 220 Heida, H., Bartman, F., Zee van der, S.C. (1995): Occupational exposure and indoor air quality monitoring in a composting facility, Am.Ind.Hyg.Assoc.J. 56:39 39
Henry, C.L., Harrison, R.B. (1992): Fate of trace metal in sewage sludge compost in C.D. Adriano (Ed.), Biochemistry of Trace Metal, Lewis, London, p. 195 Hill, R.T., Knight, I.T., Anikis, M.S., Colwell, R.R. (1993): Benthic distribution of sewage sludge indicated by Clostridium perfrigens at a deep ocean dump site, Appl.Environ. Microbiol. 59:47 Hughes, M.S., Steele, T.W. (1994): Occurence and distribution of Legionella species in composted plant materials, Appl.Environ.Microbiol. 60:2003 Huysman, F., Renterghem, B.V., Verstraete, W. (1992): Antibiotic resistant sulphite reducing clostridia in soil and groundwater as indicator of manuring practises, Water Air Soil Poll. 69:243 Jager, E., Ruden, H., Zeschmar-Lahl, B. (1994): Kompostierungsanlagen, 2. Mitteilung: Aerogene Keimbelastung an verschiedenen Arbeitsbereichen von Kompostierungsanlagen, Zbl.Hyg. 196:367 Klánová, K., Masná, D. (1990): Návrh jednotných mikrobiologických vyšetøení pùdy, tekutých a tuhých materiálù, Acta.Hyg.Epidem.Microbiol. pøíloha è. 15. Larsen, H.E., Munch, B., Schlundt, J. (1994): Use of indicators for monitoring the reduction of Pathogens in animal waste treated in biogas plants, Zbl.Hyg. 195:544 Pepper, I.L., Josephson, K.L., Balley, R.L., Burr, M.D., Gerba, C.P. (1993): Survival of indicator organisms in Sonoran Desert soil amended with sewage sludge, J.Environ.Sci. Health A28(6):1287 Pillai, S.D., Widmer, K.W., Dowd, S.E., Ricke, S.C. (1996): Occurence of airborne bacteria and pathogen indicators during land application of sewage sludge, Appl.Environ.Microbiol. 62:296 Scanlan, J.W., Psaris, P.J., Kuchewither, R.D., Nelson, M., Metcalf, M., Reinero, R.S., Akero, T.G., Flynn, B.P., Schafer, P.L., Kelly, J.M. (1989): Review of EPA sewage sludge technical regulations, Water Poll.Contr.Fed. 36:256 Shenyi, E., Kurup, V.P., Fink, J.N. (1991):Circulating antibodies against thermophilic actinomycetes in farmers and mushroom workers, Hyg.Epidemiol.Microbiol.Immunol. 35:309 Sheppard, S.C., Gaudet, C., Sheppard, M.I., Cureton, P.M., Wrong, M.P. (1992): The development of assessment and remediation guidelines for contaminated soil: a review of the science, Can.J.Soil.Sci. 72:359 Sigsgaard, T., Malmros, P., Nersting, L., Petersen, C. (1994): Respiratory disorders and atopy in Danish refuse workers, Am.J.Respir.Crit.Care Med. 149:1407
40
Strauch, D. (1987): Microbiological specification of disinfected compost, in Compost: Production, Quality and Use, Elsevier Applied Science, Barking, UK, p.210 Zimová, M. (1994): Studie hodnocení souèasného stavu aplikace kalù z ÈOV veøejných kanalizací na zemìdìlskou pùdu z hlediska ochrany veøejného zdraví a souèasné legislativy, SZÚ TABULKA è. 1 Pøíklady pathogenních bakterií a protozoí ve výkalech (Feachem et al., 1983) Organismus
onemocnìní
zdroj
Campylobacter fetus spp. jejuni
diarrhoea
zvíøata a èlovìk
Pathogenní
diarrhoea
èlovìk
Salmonella typhi
tyfoidní horeèka
èlovìk
Salmonella paratyphi
paratyfoidní horeèka
èlovìk
Ostatní salmonely
poškození potravin a
Bakterie
ostatní salmonelosy
zvíøata a èlovìk
Shigella spp.
dysenterie
èlovìk
Vibrio cholerae
cholera
èlovìk
Ostatní vibria
diarrhoea
èlovìk
Yersinia enterocolitica
diarrhoea
zvíøata a èlovìk
diarrhoeae a dysenterie
èlovìk a zvíøata
Protozoa Balantidium coli
(zvláštì krysy a prasata) Entamoeba histolytica
Giardia lamblia
amoební dysenterie zánìty jater
èlovìk
diarrhoea
èlovìk a zvíøata
MUDr. Magdalena Zimová, CSc. a Ing. Ladislava Matìjù Státní zdravotní ústav, Národní referenèní laboratoø pro hygienu pùdy a odpadù Šrobárova 48, 100 42 Praha 10 Tel.: 02 / 67082267, fax: 02 / 67082303,
[email protected]
41
