KOMPOSZTÁLÁS, KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A SZENNYVÍZISZAPRA
2.1.1. Szennyvíziszap mezőgazdaságban való hasznosítása A szennyvíziszapok mezőgazdaságban felhasználhatók a talaj szerves anyag, és tápanyag utánpótlás céljából. Azonban nagyon körültekintően kell eljárni, ugyanis az esetlegesen előforduló toxikus vagy környezetterhelő anyagok a talajt károsíthatják. Magyarországon a települési szennyvíz (illetve hasonló összetételű szennyvíz) tisztítása során keletkező tisztított szennyvizeket, valamint kezelt szennyvíziszapot lehet termőföldön felhasználni a talajvédelmi hatóság engedélye alapján. Az iszap talajjavító hatással bír a rossz vízgazdálkodású, szerves anyagokban szegény talajoknál. Továbbá alkalmazható kolloidokban szegény, ásványi homoktalajok, savanyú homok- és erdőtalajok, a sekély termőrétegű váztalajok javítása céljából. A talajjavító pozitív hatása azzal magyarázható, hogy az iszap révén a talajba vitt szerves anyagok növelik a talaj víztartó képességét, csökkentve ezáltal a vízhiány okozta károkat, valamint a talajerózió mértékét. Ezen kívül a bevitt szerves anyag csökkenti a talaj térfogatsűrűségét, s növeli a porozitását. Mezőgazdasági területen aerob, anaerob, kémiai kezelés (pl. meszes) vagy 3-6 hónapos átmeneti tárolással stabilizált iszapot lehet elhelyezni. Korlátozás nélkül alkalmazhatóak azok az iszapok, amelyek például a meghatározottnál több sugárzó anyagot, illetve fekáliás szennyezőket nem tartalmaznak, vagy például azon iszapokat, melyek olyan gyártási technológiából származnak, amelyek fekáliás vízzel nem érintkezhettek (gyümölcs-, konzerv-, cukorgyártás szennyvizei, stb.) [1]. Korlátozás
mellett
hasznosíthatók
a
települési
szennyvíziszapok,
valamint
ipari
szennyvizekből származó iszapok (tejüzem, húsüzem, stb.). A mezőgazdasági területre szállított iszapot ideiglenesen tárolni kell, ugyanis a szennyvíziszapot
a
vegetációs
időszak
függvényében
periódikusan
lehet
csak
a
mezőgazdaságban elhelyezni. Átmeneti tározó és hasznosító terület létrehozásának azonban feltételei vannak. Ezzel szemben támasztott követelmények, hogy nem létesíthető átmeneti tározó és hasznosító terület [1]: - tartósan vagy időszakosan vízzel borított területen, - vízművek védőterületén, - karsztos területen, - kavicsteraszokon, törmelékkúpokon,
- ahol a talajvíz tartósan 1,0 m felett helyezkedik el a térszinttől.
Talajtani szakvéleményt kell készíteni a mezőgazdasági hasznosítás helykijelöléséhez, melynek a következőket kell tartalmaznia [2]: - éghajlati adatokat, - domborzati adatokat, - talaj és talajvíz vizsgálatok értékelését, - terület talajtani alkalmasságát, - iszapra vonatkozó vizsgálati adatokat, kiértékelést, - iszapterhelés mértékének, rendszerességének, elhelyezés időtartamának meghatározását, - talajtani beavatkozások szükség szerinti módját, mértékét.
Az iszapelhelyezés területigényének meghatározásához továbbá számításba kell venni: - az iszap növényi tápanyagtartalmát, - a termelésre kijelölt növény(ek) tápanyagigényét, - az iszap által kijuttatott tápanyagok hasznosulásának mértékét, - az iszap- mikroelem tartalmát, - az elhelyező terület mikroelem tartalmát, - a talaj megengedhető mikroelemre vonatkoztatott határértékeit.
Nem hasznosítható az iszap határértéket meghaladó toxikus elemtartalmú talaj esetében, valamint ha a talaj jellemzői az alábbiak: - pH értéke 5,5-nél alacsonyabb, - szélsőséges mechanikai összetételű (durva homok vagy nehéz agyag), - termőréteg vastagság < 60 cm, - talajvíz átlagos szintje 1,5 m-nél sekélyebben van.
Továbbá tilos a felhasználás: - >6%-os lejtésű területen, - védett természeti területen, - rét és legelő művelési ágban hasznosított területen, - felszíni vizek parti sávjában, árvíz és belvíz veszélyeztetett területen és vízjárta területen, - azokon a mezőgazdasági területeken, amelyek ökológiai gazdálkodást folytatnak.
További kritérium az iszap mezőgazdasági hasznosítása esetén, hogy 300 m védőtávolságot kell tartani lakott -, illetve minden olyan területtől, ahol a jogszabály értelmében az szennyvíziszap felhasználása tilos.
A szennyvíziszap a mezőgazdasági hasznosítás során az emberi szervezetet kétféleképpen károsíthatja,
közvetett
úton
(mezőgazdasági
termények),
illetve
közvetlen
módon
(foglalkoztatott személyek egészsége). A szennyvíztisztítás során orsógiliszta pete, szalagféregpeték, valamint kórokozó baktériumok nagy mennyisége kerül a primer iszapba, ezért a fertőző hatás csökkentése érdekében az iszapot feltétlenül kezelni kell a mezőgazdaságba való kijuttatás előtt. A fertőtlenítés megvalósítható például vegyszerrel, termikus kondicionálással, a leggyakrabban alkalmazott módszerek azonban a biológiai iszapfertőtlenítés, azaz a komposztálás és az anaerob rothasztás.
2.1.2. Komposztálás A szennyvíziszap komposztálásnak célja az iszap térfogatának, illetve tömegének csökkentése, levegőszennyezés csökkentése, patogének elpusztításával a fertőzőképesség megszüntetése, a talajvízszennyezés megakadályozása, valamint az iszap P, N, K, C, stb.tartalmának hasznosítása. Az aerob folyamat során a szerves anyagokat mikroorganizmusok lebontják, szervetlen ásványi anyagokká alakítják, miközben hő fejlődik, mely hatására a patogének nagy része elpusztul. A komposztálási folyamat a kezelt anyag hőmérséklete elérheti az 50–70 °C-ot is [3]. Mikrobiológiai szempontból négy szakasz különíthető el. Az első mezofil fázis egy viszonylag rövid bevezető szakasz, mely néhány óráig, esetleg 1-2 napig tart. A mikroorganizmusok a könnyen bontható vegyületeket (pl. cukor, fehérje) fogyasztják el. A pH érték csökken a felszaporodó szerves savtartalom következtében. A második szakaszban a hőmérséklet már elérheti a 70-75°C-ot is. Ebben a fázisban a szénhidrát polimerek, cellulóz és hemicellulóz bomlása megy végbe. Időtartama kb. 3-5 hét. A tápanyagtartalom csökkenésével csökken a hőmérséklet is, ezáltal jutunk el a harmadik, mezofil szakaszhoz (40-45°C), ahol megkezdődik a nehezen bomló lignin vegyületek bomlása. Ezen átalakulási fázis időtartama 6 hét. Végezetül a további hőmérsékletcsökkenés bekövetkeztével jutunk el az ún. érési fázishoz. A mezofil fázisban megkezdődik a
huminanyagok képződése, melyekből az utolsó érési fázisban stabil huminfrakciók és huminsavak képződnek.
2.1.2.1. A komposztálás eljárástechnikai paraméterei
A komposztálás optimális megvalósításához a feladásnak az alábbi paraméterekkel kell rendelkeznie: - Az iszap szervesanyag tartalma minimálisan 30% legyen, mivel kisebb szervesanyag – tartalmú anyagok nehezen bomlanak le [4]. - C/N arány 25-30%. Sok szerves hulladékban kevés a nitrogén, ami korlátozhatja a mikroorganizmusok fejlődését, ezért célszerű nitrogén tartalmú anyagok bekeverése, pl. nem toxikus hatású kommunális vagy ipari hulladék hozzáadása. A szennyvíziszapok széntartalma alacsony, nitrogén tartalma magas, ellenben az adalékanyagokra magas széntartalom és alacsony nitrogéntartalom jellemző. - Komposztálás optimális nedvességtartalma 50-60% közötti érték. A nedvességtartalom mind a mikroorganizmusok metabolizmusa, mind pedig az enzimkatalitikus reakciók szükséges vizes közege miatt nélkülözhetetlen. A vízhiány a mikroorganizmusok anyagcseréjének és fejlődésének lelassulása mellett az erjedés és a hőfelszabadulás lassulását is eredményezi. Ugyanakkor a nagy víztartalom a komposzthalom összeesését és anaerob körülmények kialakulását okozhatja és negatívan befolyásolja az átlevegőztetést is [3]. - A komposztálás minimális porozitása 30 térf.%. A porozitás, ezen belül pedig a szabadlevegő-porozitás határozza meg a komposztálási folyamat levegő (oxigén) utánpótlását, ezzel együtt a degradációs folyamat sebességét. - A feladás optimális pH értéke 6-8 semleges tartományba esik.
A komposztálást befolyásolja a fent említett paraméterek mellett a hulladék összetétele, ugyanis csak azok a hulladékok bonthatók le aerob módon, melyek a mikroorganizmusok számára hozzáférhetőek és toxikus anyagokat nem tartalmaznak. A szennyvíziszapok aerob kezelése előtt meg kell határozni az iszap nehézfém tartalmát, mivel a fémionok reakcióba lépnek a baktériumok enzimrendszerének aktív csoportjaival, és az enzimrendszert leblokkolják. Fontos tényező a hulladékok szemcsemérete is, amely lényegesen befolyásolja az átlevegőztetést és a lebontás sebességét. A hulladékok optimális szemcsemérete 25-40 mm [4].
Az aerob technológia így őrlő, aprító berendezéseket foglal magába. Az iszapból való komposztkészítéshez min. 40% szárazanyag tartalom szükséges, ezért általában az iszap komposztálása során adalékanyagot alkalmaznak szerkezetjavítás, illetve energiapótlás céljából, mely lehet: - mezőgazdasági hulladék (pl. tőzeg, szalma, stb.) - települési szilárd hulladék - ipari hulladék (szerves, nem mérgező anyagok)
2.1.2.2. Az ipari komposztálás eljárástechnikai rendszerei és berendezései
A komposztálási rendszerek eljárástechnikai típusai: 1. Nem reaktoros ipari komposztálási rendszerek 1.1. agitált ágyas rendszer 1.2. statikus ágyas rendszer 2. Függőleges reaktorok 2.1. mozgó agitált ágyas reaktorok 2.2. mozgó tömörített ágyas reaktorok 3. Vízszintes és ferde reaktorok 3.1. támolygó szilárd ágyas rendszer 3.2. agitált szilárd ágyas rendszer 3.3. alagút rendszer 4. Konténeres rendszerek
A) Az agitált ágyas komposztálási rendszer
Az agitált ágyas komposztálási rendszert prizmás rendszernek is nevezik. A téglalap-, trapéz- vagy szabálytalan háromszög-szelvényű ágy magassága 1,2 - 1,8 … 3 m, a szélessége általában minimálisan a magasság kétszerese. Az agitált ágyas rendszereket szabad levegőn, ritkábban fedett területen alkalmazzák, többnyire betonalapra építve. A betonalap csurgalékvíz-csatornákkal kell, hogy rendelkezzen a komposztálás során keletkező csurgalékvíz-összegyűjtésére.
1. ábra: Az agitált ágy lehetséges szelvénye és méretei [4]
A komposztálási folyamat szabályozása ennél a rendszernél a levegőellátás és a komposztálási idő szabályozásának segítségével történik. A levegőellátást a legtöbbször az ágy átforgatásával (agitálásával) biztosítják, ritkábban az aljzatban lefektetett perforált csővezetéken keresztüli kényszerlevegőztetéssel oldják meg. Az agitálás gyakorisága 1…2 alkalom hetente, havonta, vagy akár évente a klimatikus viszonyoktól és a komposztálási feladás szerkezetstabilitásától és degradálhatóságától függően. A komposztálás időtartama ezeknek a függvényében a 3…4 héttől a 3 hó … 1 évig változhat. Az agitált ágyas rendszer kétségtelen előnye az alacsony beruházási és üzemeltetési költség. A hátrányai a nagy területi igény, melyet az átlagos 2650 m3/ha –s területigény alapján határozhatjuk meg, a jelentős környezeti hatások, melyek között a legsúlyosabb a porés a szagemisszió. A biohulladék-feladás
paraméter-beállítása az adalékanyag, vagy a készkomposzt
bekeverésével történik. A keverést úgy kell elvégezni, hogy az alkotók térfogati eloszlása egyenletes legyen, tehát a keverési folyamat a homogenizálást is jelenti egyúttal. A komposztálási folyamat intenzitásáról leghitelesebb információt a hőmérséklet-változás nyújtja. A hőmérséklet mérőponti elhelyezését az agitált ágy szelvényében az 1. ábrán láthatjuk. A hőmérsékletváltozás ismeretében lehet szabályozni a forgatások (agitációk) gyakoriságát. A nyers komposzt utóérlelése a lebontási folyamat befejező stádiuma, a komposzt stabilizálási folyamata, amikoris a mikroorganizmusok elfogyasztják a még rendelkezésre álló maradék tápanyagot. Az utóérlelés során - csakúgy, mint a komposztálási folyamatban - meg
kell akadályozni az anaerob gócok kialakulását. Mivel az utóérlelés egy lassú folyamat, így az ágyak méretét a komposztálásétól kisebbre kell kiválasztani, hogy a természetes levegőztetés megvalósuljon agitálás nélkül is. Az érlelő ágy maximális magassága nem haladja meg a 2,4 m–t, de igényesebb minőségű komposzt-gyártáskor ez általában 1,8 m magas és 4,5…6 m széles ágy. Az utóérlelésre szükséges terület az agitált ágyas rendszerű komposztáló üzem területének egy negyede. Az utóérlelés szükséges időtartama legalább 1 hónap. Az utóérlelést követően szükséges műveletek lehetnek: szitálás, dezinficiálás, aprítás, stb. a komposzt paramétereitől és a felhasználási területétől függően. Az agitált ágyas rendszer berendezései az anyagmozgató gépek és a keverésre használt rakodó gépek, vagy a tárcsás keverők. A munkarend az agitált ágyas rendszerű komposztáló telepeken célszerűen szekvenciális: az időbeli eltolódással újonnan készítik, a komposztálási folyamat különböző időpontjaiban kezelik, valamint bontják a komposztálási ágyat, ill. az utóérlelést végzik.
B) A komposztálás statikus ágyas rendszere
A statikus ágyas komposztálási rendszert USA-ban fejlesztették ki. A nem-reaktoros komposztálás intenzifikálását a kényszer levegőztetéssel biztosítják. Az intenzív levegőztetés elhagyhatóvá teszi az ágy periodikus forgatását, ugyanakkor nélkülözhetetlenné válik az ágyszerkezet stabilitása, ill. annak megőrzése a teljes komposztálási idő alatt. Az aljzatbeton a csurgalékvíz összegyűjtő rendszerén kívül a perforált légcsővezetéket is magába foglalja. A perforációk eltömődésének elkerülése érdekében a csővezetékre közvetlenül 0,15…0,3 m vastagságú védő-alapréteg kerül, ami lehet pl. a mátrix-anyag is. Erre kerül a komposztálási feladás, melyet a biohulladékok és a szerkezeti stabilitást, ill. optimális porozitást biztosító mátrix-anyag homogén keveréke képezi. Az ágy felületét mintegy 0,15 m-es készkomposzt réteggel vagy szemipermeábilis membránnal fedik. Ez a fedő réteg biztosítja az ágy hő- és csapadék szigetelését és megszűri a távozó gőzöket/gázokat. A statikus ágy szellőztetését szívás alatt, ill. túlnyomással lehet megoldani. A szívás alatti rendszerekben a fáradt levegő az ágyból a perforált csővezetéken át kerül egy szellőztetőn keresztül a biofilterbe, vagy a készkomposzt-ágyba, ahol a dezodorálása történik. Ebben az esetben a csurgalékvizet még a szellőztetőhöz kerülése előtt kell elvezetni. A túlnyomású rendszereknél a kompresszor szállítja a levegőt az ágyhoz és a perforált csővezetéken keresztül diszpergálja. Itt a fáradt gőzöket/gázokat csupán az ágyat takaró komposztréteg végzi. Ugyanakkor a nyomásveszteség is kisebb ennél a levegőztetési rendszernél (kb. a fele).
A szükséges komposztálási időtartam ennél a rendszernél 1…5 hónap, de a 2…3 hetes időtartam is ismert. Az agitált ágyas rendszer átlagos területi igénye 1 m2/t nedves anyag, szükséges levegőztetés: 0,8-1 m3 levegő az 1 t száraz anyagra.
2. ábra: A sztatikus ágyas komposztálási rendszer [4]
A biohulladékokat az esetleg szükséges előkezelés után a reciklált és a veszteséget pótló friss mátrix-anyaggal keverik – homogenizálják. A mátrix-anyag szükséges mennyisége átlagosan a biohulladék térfogatának 2…3 –szorosa. Az intenzív komposztálást követő a levegőn történő szárítás a mátrix-anyag regenerálhatóságát biztosítja. A legegyszerűbben a regenerálás
az
osztályozási
művelettel
valósítható
meg,
a
szárítás
ugyanakkor
megakadályozza a szita a nedves komposzt általi betömődését. A további műveletek hasonlóak az agitált ágyas rendszerével.
A statikus ágyas komposztálási rendszer beruházási és üzemeltetési költségei meghaladják az agitált ágyas komposztálási rendszerét, ugyanakkor a környezeti hatásai kisebbek. A területi igénye is kisebb, azonban az utóérlelés területi igényével itt is számolni kell.
C) A reaktoros komposztálási rendszerek
A reaktoros komposztálási rendszerek a degradációs folyamat nagy fokú szabályozását és a környezeti hatások kézbentartását teszik lehetővé. A komposztálásra használt reaktorokat több szempont szerint lehet csoportosítani.
1. Függőleges komposztáló reaktorok
A mozgó agitált ágyas, függőleges, ellenáramú reaktorok (siló-reaktorok)
Ez egyik legrégebbi reaktoros komposztáló rendszer. Az 3. ábrán bemutatott típusú reaktorban a felülről adagolt anyag mozgatása szintről szintre történő továbbítás által történik. Az anyagtovábbítást a tengely mozgatása és az által mozgó terelők biztosítják, a perforált szintek a tengelyre fixen vannak rögzítve. A levegőztetés ellenáramban történik. Ez a reaktor működtetési rendszer rendkívül előnyös, mivel a reaktánsok koncentráció-gradiense, azaz az anyag-átbocsátási folyamat hajtóereje közel állandó a reaktor magassága mentén.
3. ábra: A mozgó agitált ágyas, függőleges, ellenáramú komposztáló reaktor vázlata [4]
A lebontási folyamat sebességére misem jellemzőbb, minthogy a benntartózkodási idő mindössze 2…3 nap, ezt követi a nélkülözhetetlen utóérlelés.
A folyamatos, ellenáramú, függőleges, tömörített ágyas komposztáló reaktorok (toronyrekatorok)
Ez a reaktor-csoport is ellenáramú reaktor-csoporthoz tartozik, itt a komposztálandó anyag továbbítását a reaktor tetején történő folyamatos anyagadagolás miatti anyagkiszorítás biztosítja. A kész komposztot a termékeltávolító mechanizmus biztosítja (pl. csigásadagoló). A levegő egy perforált lemezen keresztül jut be a reaktor aljába. Ebben a típusban a komposztálandó feladás paramétereinek beállítása a készkomposzt, ritkábban adalékanyag bekeverésével történik. A torony-típusú reaktorokban a szükséges benntartózkodási időtartam 7…12 nap, ezt a 2…4 hónapos időtartamú utóérlelés követi. Mintegy 400 m3-es reaktorok is ismertek ebből a típusból.
4. ábra: Az agitált ágyas, függőleges tartály-reaktorok [4]
Agitált ágyas, függőleges tartály-reaktorok
Ezekben a reaktorokban a komposztálandó anyag keverése mechanikus keverők segítségével történik, kényszerlevegőztetést pedig ellenáramban, vagy keresztáramban valósítják meg. Az 5. ábra mutatja be az ilyen típusú reaktor vázlatát.
5. ábra: A függőleges tartály-típusú komposztáló reaktorok [4]
A szükséges benntartózkodási idő 5…6 nap.
2. Vízszintes és ferde komposztáló reaktorok
A támolygó ágyas, vízszintes komposztáló reaktorok (forgódobos reaktorok)
Ezek a reaktorok a tökéletes keveredésű, ellenáramú forgódobos reaktorok, amelyek vázlatát az 6. ábra mutatja be.
6. ábra: A forgódobos vízszintes komposztáló reaktor [4]
Ezek a forgódobok átmérője átlagosan 2,5…3 m, fordulatszáma pedig alacsony, mindössze néhány (< 10) f/min, kényszer levegőztetésűek. A szükséges komposztálási idő 1…6 nap, amelyet az 1…3 hónapos időtartamú utóérlelés követi.
Az agitált ágyas, vízszintes vagy ferde és az alagút-típusú komposztálási reaktorok
Ezek a reaktorok zárt-profilú, vízszintes, vagy ferde, kényszer levegőztetésű keresztáramú reaktorok. A komposztálandó anyag keverése mechanikus.
Feladás Keverőszerkezet kocsija
7. ábra: Az agitált ágyas vízszintes komposztáló reaktor [4]
Egy-egy ágy szélessége 1,8…6 m, vastagsága 1…3 m, a szükséges komposztálási idő 2…4 hét.
D) A konténeres komposztálási rendszerek
A konténeres komposztálási rendszerek ötvözik a nem-reaktoros és a reaktoros komposztálási rendszerek előnyeit. Az előbbi épület-igénytelensége, az utóbbi folyamatszabályozhatóságát és a környezeti hatások kezelhetőségét egyaránt magában foglalja e rendszer. A komposztálási anyagmozgatás itt a reaktor (konténer) mozgatásával történik, az üzem szabad ég alatt helyezkedik el, a konténerek rugalmasan kapcsolhatók levegőztetési, ill. a biofilterre vezető fáradt levegő elszívási rendszerre. A csurgalékvíz összegyűjtése is megoldott. Az összes komposztálási eljárástechnikai rendszer különböző jellemzőit az 1. táblázatban foglaltuk össze. A táblázat még egyszer felhívja a figyelmet arra, hogy egyik rendszer sem rendelkezik kizárólagosan csak előnyökkel, vagy csak hátrányokkal, hanem mindegyik rendszernek megvan a maga alkalmazási területe és az elégséges, ill. szükséges gazdasági háttere.
1. Táblázat: A komposztálási rendszerek összehasonlítása [4]
A komposztálás főbb környezeti, egészségügyi és munkabiztonsági hatásai a következők lehetnek: - víz- és talajszennyezés a csurgalékvíz és a felszíni elfolyóvíz által, - levegőszennyezés – poremisszió, szagemisszió- , - patogén mikroorganizmusok által okozott fertőzésveszély, - zajhatás, - tűzveszély, - szemét térbeli elterjedése.
2.1.2.3. Komposztálás gilisztákkal
Megfelelő nedvességtartalom és hőmérséklet esetén különleges gilisztafajok képesek gyorsan felszaporodni. A gilisztatömeg a tápanyagot az emésztőszervén átgyúrja, mellyel kereskedelemben értékesíthető humuszanyagot termel. A gilisztapopuláció felszaporodásához
szükséges optimális hőmérséklet 15-22 °C, valamint az iszap pH-ja 7-8 között kell, hogy legyen, illetve gondoskodni kell a kb. 50%-os nedvességtartalomról is [1]. A gilisztás komposztálás során az előkomposztált anyagot 15 cm vastagságban 1,5-1,8 m szélességben szétterítik, majd erre helyezik a megfelelő mennyiségű gilisztákat, majd erre ismét 10-15 cm vastagon szubsztrátot terítenek [1]. A termelés alatt permetező öntözéssel biztosítják a megfelelő nedvességtartalmat. A giliszták által kezelt iszap szagtalan, földnedves humuszanyaggá alakul. A kész humuszt rostálják, majd csomagolják, vagy pedig mezőgazdaságban hasznosítják. A kész komposzt felhasználható például mezőgazdaságban, kertészetben, szántóföldi termelésben, erdőterületeken, szőlőültetvényeken, stb. A gilisztás komposztálási folyamat során kedvező kereskedelmi termék jön létre, ennek ellenére a költségráfordítás és a felvevő piac szükséges összhangjának megteremtése nehézségekbe ütközik [1].
