MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd
OBSAH TOXICKÝCH KOVŮ V BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÉM ODPADU
Diplomová práce
Bc. Martin Vašinka
Vedoucí práce: Mgr. Eva Geršlová, Ph.D.
Brno 2016
Bibliografický záznam
Autor:
Bc. Martin Vašinka Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav geologických věd
Název práce:
Obsah toxických kovů v biologicky rozložitelném odpadu
Studijní program:
Geologie
Studijní obor:
Geologie aplikovaná a environmentální
Vedoucí práce:
Mgr. Eva Geršlová, Ph.D.
Akademický rok:
2015/2016
Počet stran:
57
Klíčová slova:
Kompost; toxické kovy; rentgenová fluorescence; parametr TOC; spalné teplo; ČSN 46 5735
MDT:
554; 554.4; 554.41; 554.42
Bibliographic Entry
Author:
Bc. Martin Vašinka Faculty of Science, Masaryk University Department of Geology
Title of Thesis:
Toxic metals in the biologically degradable waste
Degree programme:
Geology
Field of Study:
Geology applied and environmental
Supervisor:
Mgr. Eva Geršlová, Ph.D.
Academic Year:
2015/2016
Number of Pages:
57
Keywords:
Compost; toxic elements; rentgen-fluorescence analysis; parameter TOC; heat combustion; ČSN 46 5735
MDT:
554; 554.4; 554.41; 554.42
Abstrakt Cílem práce bylo zhodnotit obsah toxických kovů konkrétně arsenu, mědi, zinku, olova a kadmia v biologicky rozložitelném odpadu a posoudit podíl místně geologických podmínek na obsah těžkých kovů v připraveném kompostu. Mnou zkoumané prvky až na arsen patří mezi těžké kovy, jelikož je jejich hustota vyšší než 5 g/cm3. Arsen patří mezi polokovy. Kadmium, chrom, měď, rtuť, nikl, arsen, olovo a zinek patří k nejdéle známým toxickým látkám (Alloway, 1990) a (Adriano, 2001). Celkem bylo odebráno 54 vzorků průmyslového a speciálního kompostu. Vzorky kompostů reprezentují tři odlišné geografické a geologické lokality (Brno, Blansko, Hranice). U vzorků byl stanoven obsah těžkých kovů rentgenovou fluorescencí (RFA), spalné teplo, celkový obsah organického uhlíku (TOC) a celkový obsah uhlíku (TC). Jejich potenciální nebezpečnost byla posouzena podle normy ČSN 46 5735 pro "Průmyslové komposty". U zkoumaných vzorků kompostu kromě vzorků z Týna nad Bečvou klesá průměrný obsah sledovaných toxických kovů v pořadí Zn > Cu > Pb > As. V kompostech z průmyslových odvětví je předpokládán vyšší obsah těžkých kovů, protože jejich vstupní suroviny tvoří odpad, ale u všech zkoumaných vzorků z Kompostárny Blansko byly naměřeny nejnižší hodnoty As, Pb, Cu a Zn. Vyšší koncentrace Zn byly naměřeny u vzorků z oblasti Hranic a nejvyšší obsahy Zn a Cu byly naměřeny u vzorků z Centrální Kompostárny Brno.
Abstract The purpose of this work was evaluating amount of toxic metals, especially arsenic, copper, zinc, lead and cadmium in the biologically degradable waste and consider participation of the local geological conditions on amount of heavy metals in prepared compost. The elements which I research except arsenic belong amongst heavy metals, for their density is higher than 5 g/cm3. Arsenic belongs to metalloids. Cadmium, chromium, copper, mercury, nickel, arsenic, lead and zinc are some of the best known toxic substances (Alloway, 1990) and (Adriano, 2001). 54 samples of industrial and special compost was taken. Samples of composts represent three various geographical and geological locations (Brno, Blansko, Hranice). Heat of combustion, total organic carbon (TOC), total carbon (TC) was set and amount of heavy metals in the samples was set by rentgen-fluorescence analysis. Potential hazard of the samples was checked with norm ČSN 46 5735 for „Industrial composts“. The average concentration of toxic metals decrease in descending order Zn > Cu > Pb > As except the samples from Týn nad Bečvou. Higher amount of heavy metals is expected in composts coming from industrial spheres, for their incoming sources consist of waste. However, lower concentrations of As, Pb, Cu and Zn were measured in every enquired sample from Kompostárna Blansko. Higher concentration of zinc and copper was found in samples coming from Hranice and the highest from CKB a.s.
Předmluva Přestože studium kompostů bylo pro mě mimooborové téma, stalo se pro mě přínosem jak z hlediska environmentálního, tak z hlediska negeologického. Podobně jak ve své bakalářské práci, tak i zde jsem se soustředil na obsahy toxických těžkých kovů – Cu, Pb, Zn, ke kterým jsem přidal navíc studium obsahů Cd a polokovu As v kompostech. Chtěl bych poděkovat paní Mgr. Evě Geršlové, Ph.D., která mě vedla k samostatnosti při tvorbě diplomové práce, pomohla mi pochopit souvislosti s problematikou kompostů a zajistit příslušné přístroje.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji diplomovou práci vypracoval samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány.
Brno 18. května 2016
……………………………… Martin Vašinka
Obsah 1. Úvod ................................................................................................................................ 13 2. Charakteristika odběrových míst ................................................................................. 14 2.1 Geografické poměry .................................................................................................. 14 2.2 Geologické poměry .................................................................................................... 14 2.3 Pedologické poměry .................................................................................................. 16 2.3.1 Vliv pH půd na mobilitu zkoumaných rizikových prvků ................................... 18 2.4 Klimatické poměry .................................................................................................... 21 2.5 Popis odběrových lokalit ........................................................................................... 22 3. Metodika práce .............................................................................................................. 25 3.1 Terénní část ................................................................................................................ 25 3.2 Laboratorní část ......................................................................................................... 25 5. Výsledky .......................................................................................................................... 29 5.1 Centrální Kompostárna Brno (CKB a.s.) ................................................................... 29 5.2 Centrální kompostárna Blansko ................................................................................. 32 5.3 Domácí a speciální kompost ...................................................................................... 33 6. Diskuze ............................................................................................................................ 35 6.1 Průměrné obsahy zkoumaných rizikových prvků ve vzorcích .................................. 35 6.2 Nevhodnost metody RFA pro měření Cd v kompostu .............................................. 36 6.3 Parametr TOC a spalné teplo ..................................................................................... 37 6.3.1 Obsah rizikových prvků při vzrůstajícím TOC a spalném teplu ........................ 39 6.4 Vliv obsahu rizikových prvků na datu odběru ........................................................... 41
6.4 Vliv podloží na obsah toxických látek v kompostech ............................................... 43 Závěr ................................................................................................................................... 44 Literatura ........................................................................................................................... 45 Přílohy: ............................................................................................................................... 49 1) Seznam vzorků ............................................................................................................ 49 2) Posouzení dle normy ČSN 46 5735 „Průmyslové komposty“ .................................... 51 3) Vliv podloží na obsahu toxických látek ...................................................................... 53 4) Mapa půdních typů a subtypů...................................................................................... 55
Seznam obrázků Obrázek 1 – Rovnice aerobního procesu (Wiley and Pierce (1995), upraveno) ................. 22 Obrázek 2 – Ruční lisovač
Obrázek 3 – Kalorimetr Parr 6400 Isoperibol ...................... 26
Obrázek 4 – Obsah vybraných těžkých kovů a metaloidu As ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu "černý drak" a v kompostu "černý drak" ................................................ 30 Obrázek 5 – Obsah Cu, Pb a Zn v mg/kg v kompostu „černý drak“ a v substrátu „šedý drak“..................................................................................................................................... 31 Obrázek 6 – Obsah As, Pb, Cu a Zn v mg/kg ve vzorcích blanenského kompostu............. 32 Obrázek 7 – Obsah As, Cu a Pb v mg/kg v domácích kompostech a speciálním kompostu ............................................................................................................................................. 33 Obrázek 8 – Obsah Zn v mg/kg v domácích kopostech a speciálním kompostu ................ 34 Obrázek 9 – Parametr TOC v domácích kompostech a speciálním kompostu .................... 37 Obrázek 10 – Závislost spalného tepla na TOC v domácích kompostech a speciálním kompostu .............................................................................................................................. 38 Obrázek 11 – Porovnání obsahu As, Cu, Pb, Zn a celkového organického uhlíku (TOC) ve vzorcích domácích kompostů a speciálního kompostu........................................................ 39 Obrázek 12 – Graf závislosti obsahu As, Pb, Cu a Zn na velikosti spalného tepla u vzorků kompostu z Blanska ............................................................................................................. 40 Obrázek 13 – Vliv obsahu vybraných těžkých kovů a metaloidu As na datu odběru ve vzorcích z Blanska ............................................................................................................... 41 Obrázek 14 – Vliv obsahu vybraných těžkých kovů a metaloidu As na datu odběru ve vzorcích domácího a speciálního kompostu ........................................................................ 42 Obrázek 15 – Porovnání obsahu K v poměru s obsahem Al ............................................... 53 Obrázek 16 – Porovnání obsahu P v poměru s obsahem Al ................................................ 54
Obrázek 17 – Porovnání obsahu Si v poměru s obsahem Al ............................................... 54 Obrázek 18 – Pedologická mapa 1: 250 000 – Brno (Kozák et al., 2009), upraveno.......... 55 Obrázek 19 – Pedologická mapa 1: 250 000 – Blansko (Kozák et al., 2009), upraveno .... 56 Obrázek 20 – Pedologická mapa 1: 250 000 – Hranice, Drahotuše, Týn nad Bečvou (Kozák et al., 2009), upraveno ......................................................................................................... 57
Seznam tabulek Tabulka 1 – Dělení půd podle aktivitní reakce (pH/H2O) a podle výměnné reakce (pH/KCl) (Šarapatka 2014), upraveno ................................................................................. 18 Tabulka 2 – Seznam vzorků................................................................................................. 25 Tabulka 3 – Sledované látky ve vysušeném kompostu dle normy ČSN 46 5735 ............... 27 Tabulka 4 – Obsah rizikových prvků ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu "černý drak" ..................................................................................................................................... 29 Tabulka 5 – Průměrný obsah rizikových prvků v kompostu a substrátu v různých datech odběru .................................................................................................................................. 35 Tabulka 6 – Průměrné obsahy rizikových prvků ve vzorcích kompostu z Blanska ............ 35 Tabulka 7 – Průměrné obsahy rizikových prvků v domácích kompostech a speciálním kompostu .............................................................................................................................. 36 Tabulka 8 – Porovnání obsahu Cd naměřeného metodou RFA s AAS metodou ................ 37 Tabulka 9 – Seznam s popisem odebraných vstupních surovin .......................................... 49 Tabulka 10 – Seznam odebraných vzorků kompostu s popisem ......................................... 49 Tabulka 11 – Zařazení všech vzorků kompostu dle obsahu Cd do jakostní kategorií dle normy ČSN 465 735 ............................................................................................................ 51 Tabulka 12 – Zařazení vzorků kompostu z CKB a.s. do jakostních tříd dle normy ČSN 465 735 ....................................................................................................................................... 52 Tabulka 13 – Zařazení vzorků kompostu z Blanska do jakostních tříd dle normy ČSN 465 735 ....................................................................................................................................... 52 Tabulka 14 – Zařazení vzorků domácích kompostů a speciálního kompostu do jakostních tříd dle normy ČSN 465 735 ................................................................................................ 53
1. Úvod Komposty mají zásadní roli při pěstování zemědělských plodin a jejich složení je proměnlivé dle typu vstupních surovin. Příjem těžkých kovů rostlinami je snižován sorpcí kovů na humusové látky obsažené v kompostu (Herms, 1989). Značným environmentálním problémem jsou průmyslové komposty, které obsahují nižší podíl klasických zemědělských surovin a odpadů a naopak vyšší podíl kalů a odpadů z různých průmyslových odvětví, které jsou hlavním nositelem toxických kovů (Filip, 2004). Tento typ kompostů má v dnešní době nejširší spektrum využití například jako hnojivo u většiny druhů zemědělských plodin a mimo to i k melioraci půd a obnově travních porostů (Zemánek, 2001).
13
2. Charakteristika odběrových míst 2.1 Geografické poměry Lokality Hranice, Drahotuše a Týn nad Bečvou patří k okresu Přerov. Náleží k povodí řeky Bečvy a úmoří Černého moře. Řekou Bečvou a jejími přítoky jsou odvodňovány do řeky Moravy. Podle regionálního geomorfologického členění území České republiky patří ke geomorfologické podsoustavě Západní Vněkarpatské sníženiny (Czudek et al., 1972, 1973). Do této podsoustavy patří Moravská brána se sklonem od JZ k SV (Czudek et al., 1973). Moravská brána se dělí na jz. na Bečevskou bránu, kde přechází do Hornomoravského úvalu a na sv. na Oderskou bránu, přecházející do Ostravské pánve (Čurda, 2002). Lokality Brno a Blansko patří k okresu Brno. Náleží k povodí řeky Moravy a úmoří Černého moře. Blanskem protéká řeka Svitava. Brno se nachází na soutoku řek Svratky a Svitavy. Obě tyto řeky jsou odvodňovány do řeky Moravy, která se vlévá do Dunaje. Podle regionálního
geomorfologického
členění
náleží
k
Českomoravské
soustavě,
k podsoustavám Brněnská vrchovina a Českomoravská vrchovina. Nejvyšším bodem je kóta Babí lom s nadmořskou výškou 562 m n. m. nacházející se v brněnské části Kuřim (Čurda, 1994).
2.2 Geologické poměry Z regionálně-geologického hlediska spadá oblast Brna, Blanska, Hranic, Drahotuš a Týna nad Bečvou do soustavy Českého masívu, do moravskoslezské oblasti. Moravskoslezská oblast Českého masívu je tvořena kadomsky konsolidovaným podkladem brunovistulika zastoupeným granitoidy a krystalinickými horninami. V oblasti Brna a Blanska vystupuje na povrch jako Brněnský masív, v jehož východní granodioritové části se nachází Centrální kompostárna Brno a kompostárna Blansko. Brněnský masív se na základě petrologických a petrofyzikálních odlišností skládá z 11 typů granitoidů. V oblasti CKB a.s. se jedná o typ Královo Pole – biotitický, růžově šedý granodiorit se zvětralým pseudohexagonálním biotitem. V oblasti kompostárny Blansko se jedná o typ Blansko – biotitický až amfibol-biotitický, růžově šedý granodiorit (Müller, Novák et al., 2000). Na brunovistulikum transgredují paleozoické sedimenty devonu a spodního karbonu (Chlupáč et al., 2002).
14
Podle Suka 1993 tvoří moravskoslezská oblast samostatnou jednotku, jelikož se výrazně liší od Českého masívu a tudíž není jeho součástí. U devonských uloženin vápenců je předpokládán tišnovský vývoj (Mísař et al., 1983). Paleozoikum náleží moravskoslezskému paleozoiku a u Hranic vystupuje jako svrchní devon a spodní karbon v tektonické struktuře kry Maleníku. Kra Maleníku orograficky náleží k Podbeskydské pahorkatině ve stratigrafickém rozsahu frasn-svrchní visé. Podle Dvořáka a Friákové 1978 lze paleozoikum kry Maleníku rozdělit do sedmi ker. Horniny kry Maleníku jsou od spodního karbonu Nízkého Jeseníku odděleny Moravskou bránou. Moravská brána je tektonicky podmíněná sníženina s plochým periglaciálním reliéfem (Czudek et al., 1972). Její výplň tvoří spodnobadenské pelitické a hrubě klastické sedimenty marinního původu v autochtonní pozici. Devonské uloženiny počínají macošským souvrstvím s bohatou stromatoporovou a korálovou faunou stáří frasn. Macošské souvrství je tvořeno 50-200 m mocnými hrubě lavicovitými a masivními světle šedými vilémovskými vápenci. V nadloží vilémovských vápenců vystupuje lišeňské souvrství. Rozsah lišeňského souvrství je nepatrný a dále se člení na pestré vápence a tmavé biodetritické vápence. Pestré vápence se rozdělují do starších laminovaných (hněvotínských) a mladších hliznatých (křtinských). V oblasti lomu hranické cementárny se nachází až 15 m mocné tentakulitové vápence, které jsou ekvivalentem hněvotínských vápenců. Křtinské vápence s vložkami břidlic vystupují v nadloží tentakulitových a hněvotínských vápenců a v okolí Hluzova mají mocnost až 200 m. Podle nálezů konodontové fauny lze křtinské vápence zařadit do stratigrafického stupně tournai (Čurda, 2002). Na devonské uloženiny nasedají uloženiny karbonské v kulmském vývoji Nízkého Jeseníku stupně tournai – visé, který počíná málo mocnými březinskými břidlicemi s polohami prachovců (Zbrašov u Hranic), na které nasedají hradecké vrstvy Hradeckokyjovického souvrství složené z lavicovitých drob s čočkami slepenců. Hradecké vrstvy vystupují na povrch v okolí hradu Helfštýn a za Drahotušemi v okolí Rybář. Paleozoikum oblasti, kde se nachází CKB a.s. a Kompostárna Blansko tvoří sedimenty v tektonické struktuře zóny Babího lomu. Na bázi se nachází málo mocné petromiktní slepence, na které nasedají prachovité břidlice přecházející do arkózových pískovců až křemenných slepenců. Nadloží se zachovalo jen jz. od Lelkovic (Čurda, 1994). Jedná se o tence vrstevnaté vilémovské vápence náležící macošskému souvrství. V oblasti kompostárny Blansko jsou devonské uloženiny překryty perucko-korycanským souvrstvím 15
křídového stáří, stupně cenoman, spadajícího z regionálně-geologického hlediska do České křídové pánve. Obvykle starší jsou perucké vrstvy tvořené fluviálními, deluviálními, aluviálními a deltovými nebo lakustrinními kontinentálními uloženinami kaolinických pískovců až prachovitých jílovců se slepenci na bázi. Korycanské souvrství je tvořeno mořskými uloženinami křemenných nebo kaolinických pískovců, místy se slepenci a ve svrchní části souvrství uloženinami prachovců. Kvartérní pokryv je v oblasti Hranic, Drahotuš a Týna nad Bečvou tvořen fluviální hlínou řeky Bečvy, pískem a štěrkem a také sprašovými hlínami eolického původu. V oblasti Brna a Blanska je tvořen v okolí Svratky a Svitavy fluviálními písčitými štěrky, které jsou často překryty sprašovým pokryvem.
2.3 Pedologické poměry V oblasti, kde se nachází CKB a.s., převažuje půdní typ černozemě arenické s půdotvorným substrátem spraší či prachovic na terasách nebo výrazně zahliněných teras (Příloha 4; Obr. č. 18) (Kozák et al., 2009). Matečný substrát tvoří zejména spraše, v menší míře zvětraliny slínovců, vápnité písky nebo vápnité terciérní jíly (Tomášek, 2007). U černozemě arenické jsou to převážně písky a štěrkopísky říčních teras. V povrchovém horizontu bývají vyšší obsahy humusu s převahou huminových kyselin. Huminové kyseliny se vytvářejí při promrzání a vysychání spolu s polymerizací organických látek. Největší využití mají černozemě v zemědělství díky své vysoké úrodnosti (Šarapatka, 2014). V oblasti Kompostárny Blansko převažuje kambizem modální s půdotvorným substrátem svahovin kyselých žul a blízkých hornin (Příloha 4; Obr. č. 19) (Kozák et al., 2009). Kambizemě jsou na našem území nejrozšířenější a jejich výskyt je většinou vázán na členitý reliéf. Matečný substrát tvoří souvrství svahovin, zvětralé vyvřelé horniny, metamorfované horniny a zpevněné sedimentární horniny. Původní vegetací byly listnaté lesy, konkrétně dubohabrové až horské bučiny (Tomášek, 2007). Typická je přítomnost branunifikovaného horizontu Bv. Zbarvení braunifikovaného horizontu je způsobeno hydrolýzou uvolněnými amorfními oxidy a hydroxidy železa, goethitem nebo železem bohatými cheláty (Šarapatka, 2014). Tento půdní typ je bohatý na organickou hmotu (Kabata-Pendias, 2001).
16
V oblasti Drahotuš, kde byly odebrány vzorky domácího kompostu, převažuje z pedologického hlediska luvizem modální s půdotvorným substrátem prachovic (viz Příloha 4, Obr. č. 20) (Kozák et al., 2009). Matečný substrát luvizemí tvoří nejčastěji spraše, smíšené svahoviny, středně těžké glaciální sedimenty, někdy i terasové sedimenty nebo hluboké zvětraliny pevných hornin. Luvizemě vznikají převážně pod kyselými doubravami a bučinami (Tomášek, 2007). Typická je přítomnost argického horizontu, vytvořeného translokací jílů z povrchových do hlubších vrstev. K imobilizaci jílu a tvorbě argického horizontu dochází zvýšením pH nebo zvýšením koncentrace Ca2+ (Šarapatka, 2014). V oblasti Týna nad Bečvou, Hranic a části Drahotuš převažuje z pedologického hlediska fluvizem glejová s půdotvorným substrátem bezkarbonátových nivních sedimentů (viz Příloha 4; Obr. č. 20) (Kozák et al. 2009). Matečný substrát fluvizemí je tvořen naplaveninami. V oblasti Hranic a Týna nad Bečvou se jedná o naplaveniny řeky Bečvy. Původní vegetací byly lužní lesy, druhotnými údolní louky (Tomášek, 2007). Fluvisoly vznikají na povodňových sedimentech hlinitopísčité až jílovitohlinité zrnitosti. U značné části fluvisolů lze pozorovat mramorování způsobené střídáním oxidačních a redukčních podmínek. Pro fluvizemě je typické nepravidelné rozložení organických látek a vrstevnatost. Fluvizem glejová mívá společenstva olšina a jasanová olšina (Šarapatka, 2014) a výrazný projev glejového procesu až do hloubky 60 cm (Tomášek, 2007).
17
2.3.1 Vliv pH půd na mobilitu zkoumaných rizikových prvků Formy reakce půdy Aktivitní půdní reakce Potenciální reakce:
a) výměnná b) hydrolytická
Reakci půdy můžeme rozdělit na reakci aktivní a potenciální. Aktivitní reakce je zjišťována v suspenzi zeminy s destilovanou vodou a je označována jako pH/H2O. Je určena množstvím volných iontů H+, které se do půdy uvolňují disociací například z organických kyselin, anorganických kyselin nebo koloidních částic (Šarapatka, 2014). Potenciální reakce se dále dělí podle použitého elektrolytu na výměnnou a hydrolytickou. Výměnná reakce je označována jako pH/KCl, nebo pH/CaCl2 a stanovuje se v suspenzích nebo výluzích zmíněných roztoků (Vopravil a kol., 2009). Při výměnné půdní reakci probíhá výměna vodíkových iontů poutaných sorpčním komplexem za ionty roztoku neutrální soli (KCl nebo CaCl2). Výměnná reakce dosahuje ve srovnání s aktivní reakcí nižších hodnot, protože jsou stanoveny i vodíkové ionty vázané sorpčním komplexem (Jandák a kol., 2003). Při hydrolytické reakci se používá octan sodný (CH₃COONa) nebo octan vápenatý ((CH₃COO)2Ca). Tyto organické sloučeniny jsou schopny vytěsnit H+ ionty v alkalickém prostředí. Dnes se hydrolytická půdní reakce využívá pouze při stanovení stupně nasycení sorpčního komplexu podle Kappena (Jandák a kol., 2003).
Tabulka 1 – Dělení půd podle aktivitní reakce (pH/H2O) a podle výměnné reakce (pH/KCl) (Šarapatka 2014), upraveno
Reakce silně kyselá Kyselá slabě kyselá Neutrální slabě alkalická Alkalická silně alkalická
pH/H2O < 4,9 4,9-5,9 5,9-6,9 6,9-7,2 7,2-8,0 8,0-9,4 > 9,4
pH/KCl < 4,5 4,5-5,5 5,5-6,5 6,5-7,2 -
18
V místě odběru kompostu z kompostárny Blansko převládá kambizem modální. V odběrové lokalitě Drahotuše převládá luvizem modální. U kambizemí a luvizemí bývá půdní reakce slabě kyselá až kyselá (Kozák et al., 2009; Šarapatka, 2014). Kyselá reakce půdy vypovídá o nenasycenosti sorpčního komplexu a nedostatku uhličitanů. Ionty Ca2+ a Mg2+ jsou substituovány ionty H+ a Al3+, jejichž koncentrace je v kyselých půdách vysoká. V oblasti CKB a.s. převažuje půdní typ černozemě arenické. V Jihomoravském kraji je podle AZZP pro všechny půdní typy průměrná hodnota výměnné půdní reakce 6,8, což řadí půdy tohoto kraje mezi neutrální. V odběrové lokalitě Hranic a Týna nad Bečvou převažuje fluvizem glejová. Půdní reakce fluvizemí je většinou neutrální v celém profilu (Šarapatka, 2014) nebo slabě kyselá (Tomášek, 2007). U půd s neutrální až alkalickou reakcí jsou vazebná místa na sorpčním komplexu obsazena kationy Ca2+ a Mg2+, v aridních oblastech pak také ionty Na+ a K+. Koncentrace H+ a Al3+ ionů je v neutrálních půdách nízká a směrem k alkalické reakci se snižuje (Šarapatka, 2014). Mobilita kovů v půdě klesá v pořadí Cd > Ni > Zn > Cu > Pb (Hornburg a Brümmer, 1993). Vysokomolekulární huminové kyseliny fungují imobilizaĉně, zatímco fulvokyseliny a ostatní nízkomolekulární organické látky mohou s kovy tvořit rozpustné komplexy (Wenzel et al., 1999). Zinek, olovo a měď
dominantně tvoří kationty a jejich sorpce roste s rostoucím pH. Arsen se převážně vyskytuje ve formě aniontů, přičemž adsorpce s rostoucím pH klesá (Alloway, 2013).
Zinek V kyselých a neutrálních půdách se zinek vyskytuje ve formě Zn2+ ionu, který je nejběžnější a nejpohyblivější v půdách (Ďurža a Khun, 2002). Nejmenší rozpustnost se pohybuje v rozmezí hodnot pH 5,5-6,9. S narůstajícím pH v kyselém prostředí se zinečnaté kationty (Zn2+) sráží ve formě rozpustného hydroxidu zinečnatého (Zn(OH)2). Kyselé půdy mají mnohonásobně vyšší obsah výměnného a rozpustného zinku než půdy neutrální. Při zvyšování pH se vytváří málo rozpustný zinečnatan vápenatý (CaZnO2). V alkalických půdách jsou dominantní formou Zn(HCO3)2, organické komplexy (Richter, 2007) a ion Zn(OH)+ (Ďurža a Khun, 2002). Při vysokém obsahu Na+ se vytvářejí rozpustnější zinečnatany Zn(ONa)2. Zvýšené obsahy organické hmoty snižují dostupnost Zn. (Richter, 2007; Kabata-Pendias, 2011)
19
Olovo Silná afinita olova k organickým ligandům vytváří komplexy zvyšující jeho mobilitu v půdě (Richter, 2004). V kyselém prostředí je rozpustné (Holoubek, 2004). Při dosažení hodnoty pH 6 vápněním půd je adsorbováno na jílové minerály, nebo vytváří uhličitan olovnatý PbCO3. (McLean & Bledsoe, 1992; Richter, 2004). Rozpustnost olova klesá s narůstajícím obsahem (PO4)3-. Při vyšším množství uhličitanů se snadněji tvoří organické komplexy s olovem (Makovníková a kol., 2006) Měď V půdách se vyskytuje ve formě Cu2+ iontů (Ďurža a Khun, 2002). V oxidačním stavu +II je více mobilní než při ve stavu +I a 0 (Hutchinson, 1979). Při zvyšujícím se pH dochází k sorpci Cu na jílové minerály a organické látky a snížení mobility (Ďurža a Khun, 2002) a roste stabilita komplexů (Makovníková a kol., 2006). Nejvýraznější sorpce je při pH 4,5-6,5 na montmorillonit, dále pak na vermikulit, imogolit a illit. Mezi lehce pohyblivé patří Cu soli kyselin dusičné (HNO3), chlorovodíkové (HCl) a sírové (H2SO4) a organických kyselin. Těžce rozpustné a tedy pomalu pohyblivé jsou sulfidy, oxidy a šťavelany. Obsah mědi stoupá se zvyšujícím se počtem jemných půdních částic (Ďurža a Khun, 2002) a vzhledem k vysoké afinitě k organické hmotě, závisí její obsah na množství organické hmoty obsažené v půdě (Bradl, 2005). Nejmenší rozpustnost vykazuje při hodnotách pH 7-8 (Makovníková a kol., 2006). Arsen V kyselých půdách převládají sloučeniny Al-As a Fe-As. V alkalických půdách převládá sloučenina Ca-As. (Oscarson et al., 1983). Trojmocná forma arsenu (As3+) je více mobilní a více toxická oproti pětimocné formě (As5+) (Dias et al., 2009). Při vzrůstajícím pH nebo při klesajícím redoxnímu potenciálu převládá mobilnější trojmocný arsen. Při vysokém redoxním potenciálu naopak převládá pětimocný arsen (Oscarson et al., 1983). Nejvyšší adsorpce pětimocné formy je na oxidy Fe a Al při hodnotě pH 3-4 a na jílové minerály při hodnotě pH 5. Arsenitý kationt vykazuje zvýšenou sorpci jílovými minerály při pH 3-9 (Griffin & Shimp, 1978). Oproti jiným těžkým kovům jsou u As toxičtější anorganické sloučeniny než sloučeniny organické (Kafka, 2002).
20
2.4 Klimatické poměry Převážná část Brna a jeho S okolí podél toku Svratky leží v teplé oblasti v okrsku A3 (Konček a kol., 1957). Část Brna, ve které se nachází Centrální kompostárna Brno, patří do rajonu T4 (Quitt, 1970). Léto je dlouhé, velmi teplé a suché, zima je mírná. Přechodné období je velmi krátké. Leden je v 50 % případů nejchladnějším měsícem roku s průměrnou teplotou vzduchu okolo -2,1 °C a ve vrchovinných polohách mezi -3 až -3,5 °C. Ve 30 % je nejchladnějším měsícem únor a 20 % případů prosinec nebo březen. Nejteplejším měsícem je červenec. Vlivem nadmořské výšky je v S okolí Brna podzim teplejší než jaro. Ve vyšší nadmořské výšce zůstává sněhová pokrývka i v jarních měsících. Přibližně 65 % srážek spadne v letních měsících, v období nejvyššího výparu. Srážkové maximum připadá až na výjimky na měsíc červenec s průměrnou hodnotou 77 mm. Dnů se sněžením je v průměru 34,4 (Čurda, 1994). Kompostárna Blansko se nachází v mírně teplé oblasti v klimatickém okrsku B2 (Konček a kol., 1957) a rajonu MT11 (Quitt, 1970). Léto je teplé a suché, zima je mírná s krátkým trváním sněhové pokrývky. Klima v oblasti Hranic, Drahotuš a Týna nad Bečvou spadá do mírně teplé oblasti okrsku B3 (Konček a kol., 1957) probíhajícím ve směru SV-JZ v oblasti Oderské a Bečevské nivy (Czudek et. al., 1972). Lokalita Hranice a Drahotuše spadá do klimatického rajónu MT10 (Quitt, 1970), který je charakterizován dlouhým, teplým a mírně suchým létem, krátkým přechodným obdobím s mírně teplým jarem a mírně teplým podzimem. Zima je krátká, mírně teplá a velmi suchá, s krátkým trváním sněhové pokrývky. Lokalita Týn nad Bečvou spadá do klimatického rajonu MT11 s podobnou charakteristikou jako rajon MT10, ale se sušším létem.
21
2.5 Popis odběrových lokalit Centrální kompostárna Brno (CKB a.s.) Centrální kompostárna se nachází v Brně-Černovicích. Byla vystavěna na místě někdejší městské skládky, která slouží jako nepropustný povrch prostoru kompostárny (enviweb.cz). Její kapacita je až 70 000 tun ročně. Výroba kompostu probíhá v kompostovacích žlabech metodou kontrolovaného aerobního rozkladu s možností podpory procesu přístupem vzdušného kyslíku do tělesa výrobní zakládky pomocí ventilačních jednotek (enviweb.cz). Pro výrobu zakládky je používán sběrný drtící a míchací kompostárenský vůz homogenizér - SEKO SAMURAI 5. Homogenizér biomasy SEKO SAMURAI 5 s traktorovým pohonem, kde dojde k rozmělnění a promíchání jednotlivých složek na vstupu. Následně je biomasa ukládána do krechtů, kde dochází ke kompostování, resp. aerobní fermentaci (Obr. č. 1) biologicky rozložitelného materiálu (využití přirozeného aerobního
rozkladného
procesu
k odbourání
původních
organických
substancí
v kompostovaném materiálu a jejich transformaci na stabilní humusové látky) (centralnikompostarna.cz).
Obrázek 1 – Rovnice aerobního procesu (Wiley and Pierce (1995), upraveno)
Vstupní suroviny a produkty Vstupní suroviny jsou převážně ze separovaného sběru biologicky rozložitelných odpadů (BRO) z města Brna a okolí. Poměr vstupních surovin při výrobě kompostu „černý drak“ je: směsná biomasa – 80 % (ovoce, zelenina, pečivo, travní seč, listí atd.) dřevní štěpka 10 % (rostlá dřevní biomasa – prořezy dřevin a keřů, stromky, pařezy malých rozměrů, zbytky z dřevařské výroby a těžby dřeva – piliny, odřezky, kůra, obalové dřevo – palety, přepravky na ovoce, stavební dřevo – dřevěné desky, bednění, latě, trámy, nábytek, rámy z oken a cívky na kabel), potravinářské kaly 5 % (pivovar, mlékárna, obsah odlučovačů tuků), kaly z čistíren odpadních vod (ČOV) 5 % (enviweb.cz). Kompost „černý drak“ se využívá jako příměs do půd (hnojivo). 22
Substrát „šedý drak“ je připravován v poměru 2 díly kompostu „černý drak“ a 1 díl zeminy, která je vykupována od různých zákazníků z teritoria města Brna a Brněnska. Využívá se při výsadbě rostlin. Po celý rok jsou v podstatě používány stejné vstupní suroviny a vyrobené komposty a substráty jsou prodávány zákazníkům. Kompostárna Blansko Kompostárna je zaměřena na zpracování bioodpadů ve městě Blansko a okolních obcích. Jedná se o technologii aerobního biologického rychlokompostování ve fermentačních žlabech. Kapacita kompostárny je 2 173 tun bioodpadu ročně. Svozové území tvoří cca 21 386 obyvatel. Suroviny jsou zpracovávány technologií biologického rychlokompostování. Vstupní suroviny jsou biologicky rozložitelné odpady (bioodpady) z údržby městské a obecní zeleně, zahrad občanů města Blanska a rostlinný materiál z údržby areálů soukromých společností. Jedná se o trávu, listí, větve, zeleninu, ovoce a další odpad rostlinného původu katalogových čísel 200201 a 020103. Poměr mísení vstupních surovin závisí na vlastnostech konkrétních navezených odpadů (via-alta.cz) K čerstvé posekané trávě se přidává dřevní štěpka nebo sláma, která slouží k úpravě vlhkosti a poměru C:N v množství dle konkrétní situace 10-30 % hmotnostních. Po celý rok se vozí větve, ze kterých se připravuje již zmiňovaná dřevní štěpka. Při návozu odpadu sebraného v obcích do kontejnerů, kde se objevuje směs různých rostlinných materiálů, je třeba přidávat další druhy surovin jen výjimečně dle konkrétních vlastností navezené dodávky. Během roku se složení surovinové skladby mírně mění. Na jaře a v létě se převážně vozí čerstvě posekaná tráva, která se mísí se štěpkou či slámou, která se během roku skladuje. Koncem léta se začínají vozit zbytky ovoce a zeleniny. S nastupujícím podzimem se přidávají shrabky a listí. Suroviny se mísí tak, aby byla výsledná vlhkost přibližně 60 % a poměr C:N 10-30:1. Vyrábí se jeden typ kompostu – blanenský kompost a to buď hrubý, nebo jemně přesetý. Kompost se nemísí se zeminou. Prodává se k použití na hnojení zahrad a zemědělské půdy převážně v Blansku a blízkém okolí. Část kompostu je balena do pytlů pro malospotřebitele.
23
Zahradnictví Sempra Praha a. s. V zahradnictví Sempra Praha a.s. jsou pěstovány různé druhy květin sloužící k přímému prodeji na objednávky ve větších počtech kusů. Již od vzniku byla šlechtitelská stanice Hranice zaměřena na šlechtění saintpaulií a gloxinií. Zde vznikly odrůdy Saintpaulia ionantha a Gloxinia hybrida - Mamka a Hůrka. Dále zde rychlily narcisy, tulipány a konvalinky. Po roce 1992 byla stanice začleněna do akciové společnosti Sempra Praha a.s. zaměřené na pěstování a prodej „Mamky a Hůrky“, Begonia semperflorens, hortensií, balkónových a hrnkových květin a letniček (sempra.cz). K pěstování jsou využívány speciální substráty s perlitem, které jsou při přesazování hromaděny spolu s rostlinnými zbytky na kompost. Zahradní komposty V odběrové lokalitě Drahotuše se jedná o můj domácí kompost. Jeho složení je pestré od zbytků kořenové, cibulové a košťálové zeleniny až po ovoce, listí, seno a exkrementy kura domácího. Složení se mění s vegetačním obdobím. V lokalitě Týn nad Bečvou se jedná o dva různé domácí komposty. Typ s označením Tnbb je tvořen zbytky listí, sena a zeleniny. U typu s označením Tnb je složení podobné, obohacené navíc o exkrementy králíka domácího a slámu. Složení se mění u obou typů dle vegetačního období, ale přídavek exkrementů u druhého typu je pravidelný.
24
3. Metodika práce Celkem bylo odebráno 54 vzorků průmyslového, domácího a speciálního kompostu. U vzorků byl stanoven obsah těžkých kovů rentgenovou fluorescencí (RFA), spalné teplo, celkový obsah organického uhlíku (TOC) a celkový obsah uhlíku (TC). Jejich potenciální nebezpečnost byla posouzena podle normy ČSN 46 5735 pro „Průmyslové komposty“.
3.1 Terénní část Odběr vzorků Celkem bylo odebráno 54 vzorků kompostu a 5 vzorků vstupních surovin (Tab. 9, 10; Příloha 1). Odběr svrchní vrstvy vyzrálého kompostu a vstupních surovin byl prováděn nerezovým nářadím ze zakládek do PE sáčků. Vzorky byly následně vysušeny při teplotě do 40 °C do konstantní hmotnosti. Tabulka 2 – Seznam vzorků
Odběrové místo Brno, CKB a.s. Brno, CKB a.s. Komp. Blansko Drahotuše Týn nad Bečvou Hranice, Sempra
Typ vzorku vstupní surovina průmyslový kompost průmyslový kompost domácí kompost domácí kompost speciální kompost
Geografická pozice Brno Brno Blansko Drahotuše Týn nad Bečvou Hranice
Počet Vzorků 5 12 22 4 10 6
3.2 Laboratorní část Kalorimetrie Vzorek kompostu byl slisován ručním lisovačem (Obr. č. 1). Slisováním původně sypkého homogenizovaného vzorku kompostu vznikly tuhé pelety. Kalorimetrie byla prováděna přístrojem kalorimetrem Parr 6400 Isoperibol (Obr. č. 2), třída přesnosti 0,1 %, rozsah je 5000-8000 kalorií. Peleta slisovaná ze vzorku kompostu byla vložena do misky pod elektrodami. Mezi elektrody byla přivázána bavlnka vedoucí k peletě. Po výboji mezi elektrodami se bavlnka zapálila, a tím zapálila peletu. Spálením vzorku bylo zjištěno množství organického materiálu ve vzorku. Výsledná hodnota byla k přečtení na přístroji. Po každém použití byly elektrody důkladně osušeny. 25
Obrázek 2 – Ruční lisovač
Obrázek 3 – Kalorimetr Parr 6400 Isoperibol
Rengenfluorescenční analýza (RFA) Rentgenfluorescenční analýza (RFA) patří k nedestruktivní instrumentální analytické metodě. Je založena na cíleném vyzařování rentgenového záření (elektromagnetického záření o vlnových délkách 100-10 nm) na chemické prvky, přičemž dochází k excitaci elektronů jejich atomů do vyšších orbitalů (energetických hladin) nebo uvolnění z elektronového obalu a obsazením volného místa v elektronovém obalu elektronem z vyšších orbitalů (Geršl, 2009). Přechod elektronu z vyšší na nižší energetickou hladinu je doprovázen emisí fluorescenčního záření o intenzitě v rozmezí 0-0,3 Å, které je pro každý prvek specifické. Pro měření byl použit přístroj Innov-X Systems, Inc. Delta, v módu GEOCHEM - VANAD s použitím dvou napětí 210 kV a 1–40 kV. Vzorky byly přesypány do kyvet a uzavřeny do olověné bariéry. Měření každého vzorku probíhalo po dobu pěti minut. Před vlastním měřením byl přístroj kalibrován.
26
TOC Total Organic Carbon (TOC) neboli celkový organický uhlík udává množství uhlíku, který se při spalování přemění na oxid uhličitý a neuvolňuje se jako oxid uhličitý v kyselém prostředí (Česká technická norma ČSN EN 15936). Pro stanovení TOC byl každý vzorek předem rozložen v koncentrované kyselině chlorovodíkové. Celkový uhlík (TC) udává množství organického, anorganického a elementárního uhlíku obsaženého ve vzorku (Česká technická norma ČSN EN 15936) a byl naměřen přístrojem Analytik Jena multi N/C 2100 S. Celkový obsah minerálního uhlíku (TIC) byl zjištěn dle rovnice TIC = TC-TOC. Přístroj je propojen s počítačem a příslušným programem.
Posuzování kompostů podle normy Pro posouzení byla použita norma ČSN 46 5735 pro výrobu, dodávání, užívání a zkoušení kompostů vyráběných průmyslovým způsobem a používaných jako organické hnojivo. V požadavcích této normy jsou uvedeny nejvyšší přípustné obsahy těžkých kovů v mg/kg vysušeného vzorku kompostu. Podle množství obsažených těžkých kovů byl kompost rozdělen do 2 jakostních tříd (Tab. č. 3). Při překročení limitů II. jakostní třídy jsou hodnoty těžkých kovů nepřípustné.
Tabulka 3 – Sledované látky ve vysušeném kompostu dle normy ČSN 46 5735
Rizikové látky v mg/kg
I.
II.
As
10
20
Cd
2
4
Cr
100
300
Cu
100
400
Hg
1
1,5
Mo
5
20
Ni
50
70
Pb
100
300
Zn
300
600
27
Atomová absorpční spektrometrie Před metodou atomové absorpční spektrometrie (AAS) byl u vybraných vzorků odvážen 1 g. Vyžíháním vzorku při 800 °C došlo k odstranění organické hmoty. Takto upravený vzorek byl přidán do roztoku koncentrované kyseliny fluorovodíkové (HF) a koncentrované kyseliny chloristé (HClO4), kde došlo k úplnému rozpuštění sloučenin a vzniku čirého roztoku. Roztok byl nasáván malou hadičkou a veden do atomového absorpčního spektrometru. Pro tvorbu volných atomů byl využit plamen, který dosahuje teplot 2000–3150 °K. V plameni došlo k atomizaci těžkých kovů a vyzáření spektra, které je pro každý těžký kov specifické. Metoda AAS s plamenovou atomizací má nízkou citlivost. Dnes se využívá pro detekci komplexů s kovy, které dávají vyšší odezvu (Cd, Pb, Zn, Cu) (Rychlovský, 2008).
28
5. Výsledky 5.1 Centrální Kompostárna Brno (CKB a.s.) Metodou Rentgen-fluorescenční analýzy (RFA) byl zjištěn obsah těžkých kovů – Cu, Zn, Pb, As v jednotkách mg/kg ve 100 % kompostu „černý drak“ a ve 100 % každé vstupní suroviny, ze které je kompost „černý drak“ vyráběn. Obsah vybraných těžkých kovů každé vstupní suroviny byl přepočten podle procentuálního množství, ve kterém se spolu vstupy mísí při výrobě kompostu (Tab. č. 4). Rozdíl v obsahu vybraných těžkých kovů ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu „černý drak“ a v kompostu „černý drak“ byl největší u Cu a Zn a nejmenší u Pb a As. Tabulka 4 – Obsah rizikových prvků ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu "černý drak"
Vstupní suroviny kompostu "černý drak" 5% kal z ČOV 5% potravinářský kal 10% dřevní štěpka 80% směsná biomasa Celkem v mg/kg
(mg/kg) Cu 17,1975 1,518 3,789 132,272 154,7765
29
(mg/kg) Zn 51,0545 5,0085 29,348 550,232 635,643
(mg/kg) Pb 1,678 0,372 1,42 33,312 36,782
(mg/kg) As 0,1715 0,5045 0,609 8,336 9,621
Obrázek 4 – Obsah vybraných těžkých kovů a metaloidu As ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu "černý drak" a v kompostu "černý drak"
Celkový obsah As ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu „černý drak“ byl 9,621 mg/kg. V kompostu „černý drak“ dosahoval 7,03 mg/kg. Celkový obsah Pb ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu „černý drak“ byl 36,782 mg/kg. V kompostu „černý drak“ dosahoval 31,98 mg/kg. Celkový obsah Cu ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu „černý drak“ byl 154,7765 mg/kg. V kompostu „černý drak“ dosahoval 62,63 mg/kg. Celkový obsah Zn ve vstupních surovinách pro výrobu kompostu „černý drak“ byl 635,643 mg/kg. V kompostu „černý drak“ dosahoval 267,35 mg/kg.
30
Vzorky kompostu „černý drak“ KBRčd1- KBRčd3 a substrátu „šedý drak“ KBRšd1KBRšd3 byly odebrány z různých částí zakládky ze dne 16. 9. 2013. Vzorky kompostu „černý drak“ KBRčd3-KBRčd6 a vzorky substrátu „šedý drak“ KBRšd3- KBRšd6 byly odebrány z různých částí zakládky ze dne 23. 3. 2013. Koncentrace kovů se v obou datech liší a je různá v různých částech zakládky.
Obrázek 5 – Obsah Cu, Pb a Zn v mg/kg v kompostu „černý drak“ a v substrátu „šedý drak“
U vzorků kompostu „černý drak“ bylo naměřeno nejvyšší množství Pb (38,46 mg/kg) a Cu (140,12 mg/kg) ve vzorku KBRčd5, Zn ve vzorku KBRčd2 (852,16 mg/kg). Vzorek substrátu „šedý drak“ SBRšd1 má celkově nejvyšší hodnoty Cu (180,14 mg/kg) a Zn (913,11 mg/kg) ze všech vzorků z CKB a.s. U vzorku substrátu „šedý drak“ SBRšd6 byl zjištěn nejvyšší obsah Pb (48,95 mg/kg) ze všech vzorků. Dle obsahu Zn nevyhovují vzorky kompostu „černý drak“ KBRčd2, KBRčd3 a KBRčd5 a vzorek substrátu „šedý drak“ SBRšd1. U vzorků odebraných z 23. 3. 2016 je vyšší obsah Cu, a proto náleží do II. jakostní třídy normy ČSN 46 5735 (Tab. č. 12; Příloha 2).
31
5.2 Centrální kompostárna Blansko
Obrázek 6 – Obsah As, Pb, Cu a Zn v mg/kg ve vzorcích blanenského kompostu
Obsah As je v blanenském kompostu konstantní v rozmezí hodnot 5,09 až 9,49 mg/kg. Maximální obsah As (9,49 mg/kg) byl naměřen ve vzorku KBL11. Nejvyšší množství Pb (34,96 mg/kg) obsahoval vzorek KBl01. Ze všech vzorků blanenského kompostu byla nejvyšší hodnota Cu (49,72 mg/kg) naměřena ve vzorku KBL04 a nejvyšší množství Zn (270,28 mg/kg) ve vzorku KBL09. Vzorky kompostu z kompostárny Blansko lze zařadit do I. jakostní třídy normy ČSN 46 5735 (Tab. č. 13; Příloha 2) Kompost spadající do I. jakostní třídy je pro půdu zcela nezávadný a je možno ho aplikovat jednou za tři roky (web2.mendelu.cz).
32
5.3 Domácí a speciální kompost Odebrané vzorky MV01-MV05 z lokality Drahotuše, TnBbb1-TnBbb4 a TnB01-TnB06 z lokality Týn nad Bečvou jsou vzorky domácích kompostů ze zahrad. TnBbb vzorky jsou bez obsahu exkrementů králíka domácího, naopak vzorky TnB tyto exkrementy obsahují. Vzorky HRS01-HRS06 jsou vzorky speciálního kompostu ze zahradnictví Sempra z lokality Hranice.
Obrázek 7 – Obsah As, Cu a Pb v mg/kg v domácích kompostech a speciálním kompostu
Nejvyšší hodnoty As obsahovaly vzorky domácího kompostu (MV), s nejvyšší hodnotou 13,27 mg/kg. Vyšší obsahy Pb byly detekovány ve vzorcích domácího kompostu bez exkrementů králíka domácího (TnBbb) a ve vzorcích speciálního kompostu (HRS). Nejvyšší hodnoty Cu měly vzorky speciálního kompostu (HRS). Maximální hodnota Pb (196,12 mg/kg) i Cu (165,96 mg/kg) byla naměřena ve vzorku HRS02.
33
Obrázek 8 – Obsah Zn v mg/kg v domácích kopostech a speciálním kompostu
Vyšší obsahy Zn obsahovaly vzorky domácího kompostu (TnB). Maximální obsah Zn ze všech vzorků (811,28 mg/kg) byl určen ve vzorku speciálního kompostu HRS02. Vzorky Tnbb4, TnB05 a HRS02 mají nepřípustné obsahy Zn. Zbytek vzorků domácích kompostů a speciálního kompostu náleží z hlediska obsahu Zn do II. jakostní třídy normy ČSN 46 5735. Všechny vzorky speciálního kompostu (HRS) ze zahradnictví Sempra patří dle množství Cu do II. jakostní třídy. Vzorky domácího kompostu MV z lokality Drahotuše náleží nejen dle obsahu Zn, ale i As do II. jakostní třídy, podobně jako vzorky HRS03-HRS06 (Tab. č. 14; Příloha 2).
34
6. Diskuze 6.1 Průměrné obsahy zkoumaných rizikových prvků ve vzorcích
Tabulka 5 – Průměrný obsah rizikových prvků v kompostu a substrátu v různých datech odběru
Výrobní název Černý drak Černý drak Celkový průměr Šedý drak Šedý drak Celkový průměr
Typ Vzorek Kompost KBRčd1-3 Kompost KBRčd3-6 Substrát SBRšd1-3 Substrát SBRšd3-6
Pb (mg/kg) 27,183 33,8 30,492 20,313 48,813 34,563
Cu (mg/kg) 83,166 113,467 98,317 115,13 116,903 116,017
Zn (mg/kg) 640,477 486,357 563,417 647,21 422,62 534,915
Datum odběru 16. 9. 2013 23. 3. 2016 16. 9. 2013 23. 3. 2016
Vzorky kompostu i substrátu odebrané 23. 3. 2016 mají v průměru vyšší hodnoty Pb a Cu oproti vzorkům z 16. 9. 2013. Nejvyšší průměrný obsah Pb (48,813 mg/kg) a Cu (116,903 mg/kg) byl zjištěn z průměru Pb a Cu ve vzorcích SBRšd3-SBRšd6 substrátu „šedý drak“. Vyšší průměrné množství Zn obsahují vzorky kompostu i substrátu z 16. 9. 2013, přičemž nejvyšší průměrné množství (647,21 mg/kg) bylo zjištěno z průměrného obsahu Zn ve vzorcích substrátu SBRšd1-SBRšd3. Celkový průměrný obsah Pb a Cu byl vyšší ve vzorcích substrátu „šedý drak“, pro Zn ve vzorcích kompostu „černý drak“.
Tabulka 6 – Průměrné obsahy rizikových prvků ve vzorcích kompostu z Blanska
As (mg/kg) 7,294
Blanenský Pb (mg/kg) 22,659
kompost Cu (mg/kg) 33,174
Zn (mg/kg) 215,608
Průměrný obsah všech zkoumaných těžkých kovů nepřevyšuje I. jakostní třídu normy ČSN 46 5735.
35
Tabulka 7 – Průměrné obsahy rizikových prvků v domácích kompostech a speciálním kompostu
Domácí komposty a speciální kompost (HRS) As Lokalita Vzorky (mg/kg) Drahotuše MV 12,082 Týn nad Bečvou TnB 5,568 Týn nad Bečvou TnBbb 8,267 Hranice HRS 10,185 Celkový průměr 8,796
Pb (mg/kg) 50,465 33,710 93,785 105,228 70,532
Cu (mg/kg) 34,823 32,131 34,407 136,433 64,415
Zn (mg/kg) 408,975 542,125 525,060 487,293 495,633
V průměru nejvyšších hodnot As dosahovaly vzorky domácího kompostu s označením MV z lokality Drahotuše, pro Pb vzorky speciálního kompostu s označením HRS z lokality Hranice. Podobné obsahy Pb měly vzorky bez exkrementů králíka domácího s označením TnBbb z lokality Týn nad Bečvou. Průměrné obsahy Cu byly srovnatelné ve všech typech domácího kompostu z lokalit Drahotuše a Týn nad Bečvou. U vzorků speciálního kompostu (HRS) dosahoval průměrný obsah Cu až čtyřnásobně vyšší hodnoty oproti vzorkům domácích kompostů. Průměrné nejvyšší hodnoty Zn byly detekovány ve vzorcích TnB z lokality Týn nad Bečvou.
6.2 Nevhodnost metody RFA pro měření Cd v kompostu Podle normy ČSN 465 735 lze kompost dle obsahu Cd rozdělit do 2 jakostních tříd – I. třídu v rozmezí hodnot 0-2 mg/kg a II. třídu v rozmezí hodnot 2-4 mg/kg. U všech vzorků kompostu byly zjištěny metodou RFA vysoké hodnoty Cd (Tab. č. 11; Příloha 2) s průměrnou hodnotou 22,906 mg/kg. Průmyslová kompostárna Blansko ani CKB a.s. doposud neřešila případ nepřípustného množství Cd, a proto byla metoda RFA ověřena metodou AAS s plamennou atomizací. K ověření hodnot Cd byly použity 4 vzorky – 2 vzorky s nejvyšším obsahem Cd (KBLvlh a KBL01) stanoveným metodou RFA a 2 vzorky se srovnatelně nižším obsahem Cd (KBL03 a SBRšd1) (Tab. č. 8). Metodou AAS byly zjištěny hodnoty Cd nižší než je mez detekce (
36
Tabulka 8 – Porovnání obsahu Cd naměřeného metodou RFA s metodou AAS
Číslo vzorku KBLvlh KBL01 KBL03 KBRšd1
RFA - Cd(mg/kg) 31,24 29,44 17,68 15,02
AAS - Cd (mg/kg)
6.3 Parametr TOC a spalné teplo
Obrázek 9 – Parametr TOC v domácích kompostech a speciálním kompostu
Nejvyšší hodnoty (>25 % TOC) byly ve vzorcích speciálního kompostu (HRS01-HRS03) ze zahradnictví Sempra z lokality Hranice. Uhlík je aktivní prvek hořlaviny a při jeho spalováním tedy dochází k uvolňování energie (Horák, Kubesa, 2012), přičemž hodnoty spalného tepla narůstají. Značné množství organického uhlíku odpovídá vysokému množství humusových látek. Tyto látky jsou tvořeny především huminovými kyselinami a fulvokyselinami. Huminové kyseliny jsou nerozpustné při pH 2 a nižším (Skokanová, 2008) a jejich přítomnost podmiňuje záporný náboj, na který se vážou těžké kovy. Fulvokyseliny jsou rozpustné a vytvářejí s těžkými kovy pohyblivé cheláty (Tesařová et al., 2010).
37
Obrázek 10 – Závislost spalného tepla na TOC v domácích kompostech a speciálním kompostu
U většiny vzorků domácích kompostů a speciálního kompostu je vztah vzrůstajícího celkového organického uhlíku (TOC) a rostoucího spalného tepla téměř lineární. Interval spolehlivosti je roven odmocnině hodnoty 0,805. Korelace TOC a spalného tepla je vysoká. Podle Holánkové 2015 není surový kompost díky vysoké vlhkosti a nízkému spalnému teplu pro energetické využití vhodný a jistý potenciál využití by mohl nastat až při spoluspalování ve směsi s energeticky výhodnými palivy, ale zde je nutné počítat s velkými náklady na sušení a technologiemi na transformaci paliva do vhodné formy pro energetické využití (pelet nebo briket).
38
6.3.1 Obsah rizikových prvků při vzrůstajícím TOC a spalném teplu
Obrázek 11 – Porovnání obsahu As, Cu, Pb, Zn a celkového organického uhlíku (TOC) ve vzorcích domácích kompostů a speciálního kompostu
S rostoucím TOC se obsah As výrazně nemění a hodnoty jsou i nad 25 % TOC konstantní v rozmezí 4,89-12,3 mg/kg. V rozmezí 17,52-21,06 % a > 25 % TOC pozvolna vzrůstá obsah Pb, nad 25,74 % nárazově klesá. Okolo TOC 22 % je nižší, ale konstantní až do 24,98 % TOC. Se zvyšujícím se parametrem TOC od 17,52 % do 25 % se obsah Cu výrazně nemění. Při TOC > 25 % jsou obsahy Cu vyšší, ale konstantní. S rostoucím TOC narůstá obsah Zn a od TOC 23,64 % postupně pozvolna klesá Při nejvyšší naměřené hodnotě TOC (25,94 % TOC) je obsah Pb, Cu a Zn nejvyšší a v této hodnotě obsah Pb převyšuje obsah Cu.
39
Obrázek 12 – Graf závislosti obsahu As, Pb, Cu a Zn na velikosti spalného tepla u vzorků kompostu z Blanska
Obsahy As jsou ze všech zkoumaných kovů nejnižší v hodnotách <10 mg/kg a >5 mg/kg a s rostoucím spalným teplem se nijak nemění. Obsahy Pb jsou mírně vyšší v hodnotách nad 24 mg/kg při nižším spalném teple. Při spalném teple okolo 11 a >11 MJ/kg jsou obsahy Pb mírně nižší, až na výjimky pod 20 mg/kg. Obsahy Cu na množství spalného tepla tvoří 2 linie – 1. Gaussova křivka, kterou tvoří vzorky KBL02-KBL05, KBL09, KBL13, KBL16, KBL18 a KBLsuch, přičemž dochází od hodnoty 8,76 MJ/kg (KBL18) ke zvyšování koncentrace Cu v mg/kg a od hodnoty 10,345 MJ/kg (KBLsuch) s nejvyšším obsahem Cu (47,35 mg/kg) dochází k poklesu koncentrace Cu. 2. linie je tvořena víceméně podobnými obsahy Cu i při zvyšujícím se spalném teple a tvoří ji zbylé vzorky z Kompostárny Blansko. Obsahy Zn jsou víceméně konstantní okolo 220 mg/kg a až na rozmezí naměřeného spalného tepla 10-11 MJ/kg, kde jsou hodnoty obsahu Zn nahodilé – nad 250 mg/kg Zn a pod 200 mg/kg. Poblíž hodnoty 11,4 MJ/kg spalného tepla dochází k mírnému snížení až k hodnotě 200 mg/kg Zn.
40
6.4 Vliv obsahu rizikových prvků na datu odběru
Obrázek 13 – Vliv obsahu vybraných těžkých kovů a metaloidu As na datu odběru ve vzorcích z Blanska
Ve vzorcích blanenského kompostu byly zjištěny vyšší hodnoty Cu a Pb a Zn v letních měsících (červenci-září), s nejvyššími hodnotami v měsící září. Obsah As se výrazně meněnil.
41
Obrázek 14 – Vliv obsahu vybraných těžkých kovů a metaloidu As na datu odběru ve vzorcích domácího a speciálního kompostu
Kompost s označením:
1 – vzorky MV 01-04 z lokality Drahotuše 2 – vzorky Tnbb 1-4 z lokality Týn nad Bečvou 3 – vzorky TnB 01-06 z lokality Týn nad Bečvou 4 – vzorky HRS 01-06 z lokality Hranice
Ve vzorcích domácího kompostu 1 je vyšší obsah Pb a Cu v měsíci srpnu. V jarních měsícch (lednu-březnu) je naopak vyšší obsah Zn. U série vzorků domácího kompostu 2 je obsah Cu, Pb a Zn podobný. Nejnižší hodnoty rizikových prvků byly ve vzorku z měsíce února. Ve vzorcích domácího kompostu 3 jsou obsahy těžkých kovů podobné ve všech měsících odběru. Největší změny obsahu těžkých kovů v různých datech odběru byly pozorovány ve vzorcích číslo 4. Obsah Cu mírně klesal od října po březen, naopak obsah Pb mírně stoupal (kromě vzorku z listopadu). Pro Zn je typické střídání vyšší a nižší koncentrace. Množství As se s měnícím se ročním obdobím výrazně nemění a je konstantní ve všech typech kompostu.
42
6.4 Vliv podloží na obsah toxických látek v kompostech Pro všechny typy vzorků bylo provedeno porovnání vybraných prvků v poměru s hliníkem. Nejvyšší obsahy Al byly ve vzorcích z CKB a.s. Prvky K a Si jsou včetně Al horninotvornými prvky, zatímco P je biologického původu. Vysoký obsah draslíku poukazuje na vysokou kvalitu kompostu. Průmyslový kompost z Blanska obsahoval nejvyšší množství draslíku, tudíž je nejkvalitnější. Nejméně kvalitní kompost byl domácí kompost z Týna nad Bečvou a speciální kompost ze zahradnictví Sempra a. s. Praha z lokality Hranice. Největším přirozeným zdrojem P je proces zvětrávání matečných hornin obsahující apatitové minerály [Ca5(PO4)3.(F,Cl,OH)] a jeho koncentrace se v matečných horninách pohybuje od 0,01 % do 0,2 % (Stevenson, 1986). Beneš 1993 zjistil v rozsáhlém monitoringu půd v ČR průměrnou hodnotu uvolnitelného P v půdách 10 mg/kg. Hodnoty fosforu jsou v kompostu podstatně vyšší v řádech tisíců mg/kg, což poukazuje na jeho organický původ. Největší obsah P je obvykle v horním A horizontu, a to především díky recyklaci fosforu rostlinami a půdními organismy (Stevenson, 1986). Nejvyšší obsahy P byly zjištěny ve vzorcích domácího kompostu s přídavkem králičích exkrementů z lokality Týn nad Bečvou. Nejvyšší obsahy Si jsou ve vzorcích domácích kompostů z lokality Drahotuše a Týn nad Bečvou. Obě tyto lokality mají podobnou geologickou stavbu, ale rozlišný půdní typ. Souvislost s podložím nebyla prokázána. Křemík má vliv na zdravotní stav rostliny a zvyšuje její odolnost proti onemocněním. (Richter, 2004)
43
Závěr V kompostech z průmyslových odvětví je předpokládán vyšší obsah těžkých kovů, protože jejich vstupní suroviny tvoří různé typy odpadů z různých průmyslových odvětví (Filip, 2004). Kompostárna Blansko má dobře sledované obsahy těžkých kovů a dokonale splňuje normu ČSN 46 5735. Všechny vzorky blanenského kompostu byly zařazeny do I. jakostní třídy dle obsahu rizikových prvků. V domácích kompostech obsahovaly nepřípustné množství Zn dva vzorky z lokality Týn nad Bečvou (TnB05 a TnBbb4), zahrnující 20 % ze všech vzorků a ve speciálním kompostu jeden vzorek (HRS02), zahrnující 16,66 % ze všech vzorků. U vzorků průmyslového kompostu z CKB a.s. s výrobním označením „černý drak“ nesplňovaly normu dle obsahu Zn tři vzorky (KBRčd2,3 a 5) a ze vzorků substrátu „šedý drak“ jeden vzorek (SBRšd1). Celkově nesplňovalo normu 33,33 % ze všech vzorků z CKB a.s.. Komposty I. ani II. třídy nelze aplikovat na půdu častěji než 1× za 3 roky (ČSN 46 5735 1991). Komposty z CKB a.s. svou fytotoxicitou odpovídají kompostům ve fázi přeměny, z toho důvodu nejsou vhodné pro použití pro citlivé rostliny (Plošek, 2012). Průměrný běžný obsah těžkých kovů v půdách České republiky klesá v pořadí pro lehké půdy Zn > Cr > Cu >Ni > Pb > Cd a pro ostatní půdy Zn > Cr > Pb > Cu > Ni > Cd (Beneš, 1993). U zkoumaných vzorků kompostu průměrný obsah sledovaných toxických kovů klesá ve většině případů v pořadí Zn > Cu > Pb > As. Vyjímku tvoří domácí kompost z Týna nad Bečvou, u kterého je obsah Pb ≥ Cu. Metoda RFA je nepřesná pro měření Cd v kompostech. Komposty mají oproti půdám jiný typ matrice a jejich složení tvoří organická složka s minimálním množstvím složky anorganické. Metoda RFA není vhodná ani pro měření Cd v substrátech (kompost s půdou), což dokazuje ověřovaný substrát SBRšd1.
44
Literatura Alloway, B. J. (1990): Heavy metals in soil. – J. Wiley & Sons. New York. Alloway, B. J. (2013): Heavy Metals in Soils. Trace Metals and Metalloids in Soils and their Bioavailability. – Springer. Adriano, D. C. (2001): Trace elements in terrestrial environments. – Springer-Verlag. New York. Beneš, S. (1993): Obsahy a bilance prvků ve sférách životního prostředí, I. část. – Ministerstvo zemědělství České republiky, 88 s. Praha. Bradl, H. B. (2005): Heavy metals in the environment. – Elsevier LTD, volume 6. London. Czudek, T. et al. (1972): Geomorfologické členění ČSR. – Stud. geogr., 23. Brno. Czudek T. et. al (1973): Regionální členění reliéfu ČSR (mapa v měř. 1: 500 000). – In Soubor map fyzicko-geografické regionalizace ČSR. – Geogr. Úst. ČSAV. Brno. ČSN 46 5735 (1991): Průmyslové komposty. – Vydavatelství norem. Praha. Česká technická norma ČSN EN 15936: Kaly, upravený bioodpad, půdy a odpady – Stanovení celkového organického uhlíku (TOC) suchým spalováním. Čurda, J. - Kašpárek, M. - Lysenko, V. - Müller, V. - Novák, Z. - Píše, J. - Sirotek, Z. Stejskal, V. - Šamalíková, M. - Tomášek, M. (1994): Vysvětlivky k souboru geologických a ekologických účelových map přírodních zdrojů v měřítku 1: 50 000, list 24-32 Brno. Edice ekologických map ČR. 72 s. – Český geologický ústav Praha. Čurda, J. - Gürtlerová, P. - Jinochová, J. - Manová, M. - Müller, V. - Nováková, D. Pálenský, P. - Skácelová, D. - Šalanský, K. (2002): Vysvětlivky k souboru geologických a ekologických účelových map přírodních zdrojů v měřítku 1 : 50 000, list 25-12 Hranice. Edice ekologických map ČR. 76 s. – Česká geologická služba. Praha. Dvořák, J., Friáková, O. (1978): Stratigrafie paleozoika v okolí Hranic na Moravě. – Ústřední ústav geologický, 18, 59. Praha. Dias, F. F. - Nascimento, M. R. - Taddei, M. H. T. - Allen, H. E. - Guimarães, J. R. Guilherme, L. R. G. (2009): Environmental behaviour of arsenic (III) and (V) in soil. – Journal of Environmental. 45
Ďurža, O. & Khun, M. (2002): Environmentálna geochémia niektorých ťažkých kovov. – Univerzita Komenského v Bratislavě. Bratislava. Filip, J. (2004): Odpadové hospodářství. – Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. 118 s. Brno. Geršl, M. & Knésl, I. (2009): Validace terénního rentgen-fluorescenčního spektrometru pro potřeby analýz půd, říčních sedimentů a suspendované hmoty. – Geologické výzkumy na Moravě a ve Slezsku, 16, 126-130. Griffin, R. A. & Shimp, N. F. (1978): Attenuation of pollutants in municipal landfill leachate by clay minerals. – EPA-600/2, 78-157. Herms, U. (1989): Löslichkeit von Schwermetallen unter variierenden Milieubedingungen, p. 189–197. – In: Behrens, D. and Wiesner, J. (eds.): Beurteilung von Schwermetallkontaminationen in Böden. Dechema, Frankfurt a. M., Germany. Holoubek, I. (2004): Chemie životního prostředí IV. Polutanty s dlouhou dobou života v prostředí. Těžké kovy (HMs) - Cd, Pb, As. – Recetox -Tocoen and Associates. Brno. Horák, J. & Kubesa, P. (2012): Složení paliva, výhřevnost a spalné teplo. VŠB, TU. — Výzkumné energetické centrum. Ostrava – On-line: http://energetika.tzb-info.cz/8618-ospalovani-tuhych-paliv-v-lokalnich-topenistich-1. Zhlédnuto dne: 20. 2. 2016. Holánková, V. (2015): Energetické využití kompostu. – MS, diplomová práce. Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky. Agronomická fakulta. Mendelova univerzita. Brno. Hornburg, V. & Brümmer, G. (1993): Heavy metals in soils. 1. Experiments on heavy metal mobility. – Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd., 156, 467-477. Hutchinson, T. C. (1979): Copper contamination of ecosystem caused by smelter activities. – In: Copper in the Environment. Part I: Ecological Cycling, ed. J.O. Nriagu, 451–502. Chlupáč, I. - Brzobohatý, R. - Kovanda, J. - Stráník, Z. (2002): Geologická minulost České republiky. – Academia. Praha.
46
Jandák, J. a kol. (2003): Cvičení z půdoznalství. 1.vydání. – Skriptum MZLU v Brně. Brno. Kabata-Pendias, A. (2001): Trace elements in soils and plants. Fourth Edition. – Taylor and Francis Group. Florida. Kafka, Z. & Puncochárová, J. (2002): Těžké kovy v přírodě a jejich toxicita. – Chemické Listy, 96, 611-617. Praha. Konček, M. & Petrovič, Š., (1957): Klimatické oblasti Československa. – Meteorologické zprávy. 10(5),113-119. Praha Kozák, J., Němeček, J. et al.(2009): Atlas půd České republiky. – Český Zemědělský ústav. Praha. Makovníková, J. a kol. (2006): Anorganické kontaminanty v pudním ekosystému. – Chemické listy, 100, 424 – 432. Praha McLean, J. E. & Bledsoe, B. E. (1992): Behavior of Metals in Soils. EPA ground water issue. Müller, P., Novák, Z., et al. (2000): Geologie Brna a okolí. – Český geologický ústav. Praha. Mísař, Z. - Dudek, A. - Havlena, V. & Weiss, J. (1983): Geologie ČSSR I. Český masív. – Státní pedagogické nakladatelství. Praha. Oscarson, D. W. - Huang, P. M.- Liaw, W. K. - Hammer, U. T. (1983): Kinetics of oxidation of arseniteby variol manganese dioxides. — Soil Sci. Soc. Am. J., 47, 644-648. Plošek, L. - Elbl, J. - Záhora, J. - Groda, B.(2012): Vlastnosti vybraných druhů kompostů a jejich vliv na půdu. – MendelNet, Mendelova Univerzita. Brno Rychlovský, P. (2008): Prvková analýza a sociace. – Univerzita Karlova. Přírodovědecká fakulta. 15-21. – In: Moderní analytické metody v chemii. VŠCHT. Praha Quitt, E. (1970): Klimatické oblasti ČR 1: 1000 000. – Georafický ústav ČSAV Brno. Brno. 47
Skokanová, M. & Dercová, K. (2008): Humínové kyseliny. Pôvod a štruktúra. – Chemické listy, 102, 262–268. Praha. Stevenson, F. J. (1986): Cycles of Soil Carbon, Nitrogen, Phosphorus, Sulfur, Micronutrients. – A Wiley-Interscience Publication. Suk, M. (1993): Problémy regionálního členění území Moravy a Slezska. – Sborník Geologie Moravy a Slezska, 157-161. – Moravské zemské muzeum a Sekce geologických věd Přf MU. Brno Šarapatka, B. (2014): Pedologie a ochrana půdy. – Univerzita Palackého. Olomouc. Tesařová, M. - Filip, Z. - Szostková, M. - Morscheck, G. (2010): Biologické zpracování odpadů. – Mendelova univerzita v Brně. Brno Tomášek, M. (2007): Půdy České republiky. 4. vydání. – Česká geologická služba. Praha Vopravil, J. a kol. (2009): Půda a její hodnocení v ČR. 1. vydání. – Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy. Praha. Wenzel, W. W. - Lombi, E. - Adriano, D. C. (1999): Biogeochemical Processes in the Rhizosphere. Role in Phytoremediation of Metal-Polluted Soils, 273-303. – In: Prasad, M., N., V. and Hagemeyer, J.: Heavy Metal Stress in Plants. – Springer-Verlag, 455 s. Berlin Wiley, J. S. & Pierce, G. W. (1995): A preliminary study of high rate composting. – Proc. Am. Soc. Civil. Eng. Paper No. 846, 81, 1-28. Zemánek, P. (2001): Speciální mechanizace – mechanizační prostředky pro kompostování. –Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. 114 s. Brno. On-line: Richter, R. (2004): Užitečné prvky, – On-line: http://web2.mendelu.cz/af_221_multitext/ vyziva_rostlin/html/biogenni_prvky/uzitecne_prvky.htm. Zhlédnuto dne 6. 4. 2016 Richter,
R.
(2004,
2007):
–
Online:
http://web2.mendelu.cz/af_221_multitext/
vyziva_rostlin/html/agrochemie_pudy/puda_tk.htm. Zhlédnuto dne 3. 2. 2016.
48
Centralnikompostarna.cz (2015): Technologie - Homogenizér SEKO SAMURAI 5. – Online: http://www.centralnikompostarna.cz/24827-homogenizer-seko-samurai-5. Zhlédnuto dne 6. 2. 2016
Enviweb.cz (2015): Centrální kompostárna Brno poskytuje rozsáhlé služby obcím i firmám. – On-line: http://www.enviweb.cz/clanek/archiv/104631/centralni-kompostarnabrno-poskytuje-rozsahle-sluzby-obcim-i-firmam. Zhlédnuto dne 12. 02. 2016. Kompostarna-blansko.cz (2015): Blanenský kompost. – On-line: http://www.kompostarnablansko.cz/images/Blanensk%20kompost_letk_1510.png. Zhlédnuto dne 14. 3. 2016 Sempra.cz
(2016):
Šlechtitelská
stanice
Hranice
na
Moravě.
–
On-line:
http://www.sempra.cz/hranice/index.htm. Zhlédnuto dne 18. 3. 2016. Via-alta.cz (2013): Kompostárna Blansko „Kompostování ve fermentačních žlabech“, upraveno – On-line: http://komunalweb.cz/navsteva-kompostarny-blansko/. Zhlédnuto dne 14. 3. 2016. Web2mendelu.cz (2014): Multimediální učební texty - průmyslové komposty. – On-line: http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/stranka.php?kod=2185. Zhlédnuto dne 3. 2. 2016.
Přílohy: 1) Seznam vzorků Tabulka 9 – Seznam s popisem odebraných vstupních surovin
ID vzorku KALBRčč KALBRfb ŠTĚPBR BMSBR PŮDBR
Lokalita Brno Brno Brno Brno Brno
Místo odběru CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s.
Popis Kal čistírenský černý. Surovina pro výrobu kompostu "černý drak". Kal filtrační béžový. Surovina pro výrobu kompostu "černý drak" Štěpka rostlinná. Surovina pro výrobu kompostu "černý drak". Biomasa. Surovina pro výrobu kompostu "černý drak" Půda pro výrobu substrátu "šedý drak".
Tabulka 10 – Seznam odebraných vzorků kompostu s popisem
ID vzorku Lokalita KBRčd1 Brno KBRčd2 Brno
Místo odběru CKB a.s. CKB a.s.
Popis Kompost. Výrobní označení "černý drak". Kompost. Výrobní označení "černý drak".
49
KBRčd3 KBRčd4 KBRčd5 KBRčd6 SBRšd1 SBRšd2 SBRšd3 SBRšd4 SBRšd5 SBRšd6 KBL01 KBL02 KBL03 KBL04 KBL05 KBL06 KBL07 KBL08 KBL09 KBL10 KBL11 KBL12 KBL13 KBL14 KBL15 KBL16 KBL17 KBL18 KBL19 KBL20 KBLsuch KBLvlh MV01 MV02 MV03 MV04 TnBbb1 TnBbb2 TnBbb3 TnBbb4 TnB01 TnB02 TnB03 TnB04 TnB05 TnB06 HRS01 HRS02 HRS03 HRS04
Brno Brno Brno Brno Brno Brno Brno Brno Brno Brno Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Blansko Drahotuše Drahotuše Drahotuše Drahotuše Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Týn nad Bečvou Hranice Hranice Hranice Hranice
CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. CKB a.s. Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Kompostárna Blansko Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Zahrada Sempra Sempra Sempra Sempra
Kompost. Výrobní označení "černý drak". Kompost. Výrobní označení "černý drak". Kompost. Výrobní označení "černý drak". Kompost. Výrobní označení "černý drak". Kompost s půdou. Výrobní označení "šedý drak". Kompost s půdou. Výrobní označení "šedý drak". Kompost s půdou. Výrobní označení "šedý drak". Kompost s půdou. Výrobní označení "šedý drak". Kompost s půdou. Výrobní označení "šedý drak". Kompost s půdou. Výrobní označení "šedý drak". Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost. Blanenský kompost pro expeidici, suchý. Blanenský kompost pro expeidici, vlhký. Domácí kompost. Domácí kompost. Domácí kompost. Domácí kompost. Domácí kompost bez exkrementů králíka domácího. Domácí kompost bez exkrementů králíka domácího. Domácí kompost bez exkrementů králíka domácího. Domácí kompost bez exkrementů králíka domácího. Domácí kompost s exkrementy králíka domácího. Domácí kompost s exkrementy králíka domácího. Domácí kompost s exkrementy králíka domácího. Domácí kompost s exkrementy králíka domácího. Domácí kompost s exkrementy králíka domácího. Domácí kompost s exkrementy králíka domácího. Speciální kompost ze zahradnictví. Speciální kompost ze zahradnictví. Speciální kompost ze zahradnictví. Speciální kompost ze zahradnictví.
50
HRS05 HRS06
Hranice Hranice
Sempra Sempra
Speciální kompost ze zahradnictví. Speciální kompost ze zahradnictví.
2) Posouzení dle normy ČSN 46 5735 „Průmyslové komposty“ Tabulka 11 – Zařazení všech vzorků kompostu dle obsahu Cd do jakostních kategorií dle normy ČSN 465 735
Číslo vzorku Cd (mg/kg) KBL01 29,44 KBL02 19,86 KBL03 17,68 KBL04 24,83 KBL05 27,91 KBL06 24,29 KBL07 24,86 KBL08 29,23 KBL09 23,52 KBL10 26,65 KBL11 20,26 KBL12 24,01 KBL13 24,43 KBL14 26,54 KBL15 29,07 KBL16 25,48 KBL17 30,69 KBL18 26,5 KBL19 19,97 KBL20 25,13 KBLsuch 24,5 KBLvlh 31,24 KBRčd1 24,07 KBRčd2 12,3 KBRčd3 8,59 KBRčd4 21,93 KBRčd5 19,28
Třída Číslo vzorku Cd (mg/kg) nepřípustné KBRčd6 16,53 nepřípustné KBRšd1 15,02 nepřípustné KBRšd2 10,32 nepřípustné KBRšd3 9,26 nepřípustné KBRšd4 16 nepřípustné KBRšd5 16,77 nepřípustné KBRšd6 16,88 nepřípustné MV01 23,11 nepřípustné MV02 16,38 nepřípustné MV03 21,34 nepřípustné MV04 29,69 nepřípustné TnBbb1 16,31 nepřípustné TnBbb2 11,37 nepřípustné TnBbb3 18,37 nepřípustné TnBbb4 11,54 nepřípustné TnB01 21,34 nepřípustné TnB02 21,6 nepřípustné TnB03 20,24 nepřípustné TnB04 21,45 nepřípustné TnB05 22,2 nepřípustné TnB06 17,87 nepřípustné HRS01 29,71 nepřípustné HRS02 19,67 nepřípustné HRS03 32,87 nepřípustné HRS04 22,12 nepřípustné HRS05 18,85 nepřípustné HRS06 25,41
51
Třída nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné nepřípustné
Tabulka 12 – Zařazení vzorků kompostu z CKB a.s. do jakostních tříd dle normy ČSN 465 735
Číslo vzorku KBRčd1 KBRčd2 KBRčd3 KBRčd4 KBRčd5 KBRčd6 SBRšd1 SBRšd2 SBRšd3 SBRšd4 SBRšd5 SBRšd6
Pb (mg/kg) 31,98 26,89 22,68 30,5 38,46 32,44 38,43 11,53 10,98 46,98 50,51 48,95
Třída I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I.
Cu (mg/kg) 62,63 94,26 92,61 125,91 140,12 74,37 180,14 84,62 80,63 125,44 115,99 109,28
Třída I. I. I. II. II. I. II. I. I. II. II. II.
Zn (mg/kg) 267,35 852,16 801,92 468,18 622,24 368,65 913,11 521,54 506,98 423,48 450,88 393,5
Třída I. nepřípustné nepřípustné II. nepřípustné II. nepřípustné II. II. II. II. II.
Datum odběru 16. 9. 2013 16. 9. 2013 16. 9. 2013 23. 3. 2016 23. 3. 2016 23. 3. 2016 16. 9. 2013 16. 9. 2013 16. 9. 2013 23. 3. 2016 23. 3. 2016 23. 3. 2016
Tabulka 13 – Zařazení vzorků kompostu z Blanska do jakostních tříd dle normy ČSN 465 735
Číslo As vzorku (mg/kg) KBL01 8,26 KBL02 7,63 KBL03 9,28 KBL04 6,33 KBL05 8,58 KBL06 6,38 KBL07 7,78 KBL08 5,55 KBL09 7,82 KBL10 6,42 KBL11 9,49 KBL12 8,43 KBL13 5,38 KBL14 7 KBL15 7,02 KBL16 7,57 KBL17 6,79 KBL18 9,12 KBL19 6,07 KBL20 7,35 KBLsuch 7,12 KBLvlh 5,09
Třída I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I.
Pb (mg/kg) 34,96 26,55 27,11 30,76 24,63 18,4 20,46 20,31 21,8 19,75 24,71 19,05 15,74 19,76 23,21 25,37 19,01 25,88 18,7 26,6 20,95 14,79
Cu (mg/kg) 31,17 41,62 42,86 49,72 34,35 27,6 28,86 21,76 32,92 29,54 24,66 23,99 22,93 32,99 35,08 46,4 27,96 34,88 28,69 32,02 47,37 32,46
Třída I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I.
52
Třída I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I.
Zn (mg/kg) Třída 246,6 I. 226,02 I. 216,84 I. 221,56 I. 214,44 I. 203,66 I. 201,76 I. 201,02 I. 270,28 I. 219,07 I. 233,22 I. 192,63 I. 158,37 I. 222,42 I. 223,26 I. 214,57 I. 183,13 I. 230,78 I. 184,22 I. 221,05 I. 255,04 I. 203,43 I.
Datum odběru 25. 8. 2014 25. 8. 2014 5. 9. 2014 16. 9. 2014 16. 9. 2014 18. 6. 2014 18. 6. 2014 4. 6. 2014 16. 6. 2014 30. 6. 2014 30. 6. 2014 20. 6. 2014 31. 7. 2014 4. 8. 2014 11. 8. 2014 14. 7. 2014 7. 8. 2014 17. 7. 2014 23. 7. 2014 14. 7. 2014 16. 9. 2013 16. 9. 2013
Tabulka 14 – Zařazení vzorků domácích kompostů a speciálního kompostu do jakostních tříd dle normy ČSN 465 735
Číslo As vzorku (mg/kg) MV01 12,3 MV02 11,24 MV03 11,52 MV04 13,27 TnBbb1 8,26 TnBbb2 7,69 TnBbb3 8,35 TnBbb4 8,77 TnB01 5,52 TnB02 5,07 TnB03 4,89 TnB04 6,15 TnB05 6,24 TnB06 5,54 HRS01 8,41 HRS02 9,01 HRS03 11,88 HRS04 11,51 HRS05 9,4 HRS06 10,9
Třída II. II. II. II. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. I. II. II. II. II.
Pb Cu Datum (mg/kg) Třída (mg/kg) Třída Zn (mg/kg) Třída odběru 57,54 I. 40,75 I. 394,64 II. 16. 8. 2014 45,77 I. 27,93 I. 359,26 II. 16. 1. 2016 45,81 I. 32,72 I. 394,17 II. 18. 2. 2016 52,74 I. 37,89 I. 487,83 II. 20. 3. 2016 86,53 I. 38,54 I. 474,59 II. 24. 10. 2015 106,55 II. 34,43 I. 593,09 II. 23. 1. 2016 83,57 I. 24,76 I. 402,31 II. 27. 2. 2016 98,49 I. 39,9 I. 630,25 nepřípustné 19. 3. 2016 34,53 I. 36,5 I. 548,99 II. 24. 10. 2015 31,83 I. 32,45 I. 555,47 II. 17. 11. 2015 33,28 I. 35,39 I. 502,38 II. 6. 12. 2015 35,3 I. 28,89 I. 556,44 II. 24. 1. 2016 37,24 I. 35,22 I. 614,79 nepřípustné 28. 2. 2016 30,08 I. 24,34 I. 474,68 II. 20. 3. 2016 78,16 I. 144,35 II. 432,28 II. 30. 10. 2015 196,12 II. 165,96 II. 811,28 nepřípustné 21. 11. 2015 82,88 I. 145,78 II. 523,13 II. 7. 12. 2015 84,92 I. 134,21 II. 393,12 II. 20. 1. 2016 96,75 I. 112,57 II. 430,58 II. 26. 2. 2016 92,54 I. 115,73 II. 333,37 II. 21. 3. 2016
3) Vliv podloží na obsahu toxických látek
Obrázek 15 – Porovnání obsahu K v poměru s obsahem Al
53
Obrázek 16 – Porovnání obsahu P v poměru s obsahem Al
Obrázek 17 – Porovnání obsahu Si v poměru s obsahem Al
54
4) Mapa půdních typů a subtypů 1) Pedologická mapa – Brno
Obrázek 18 – Pedologická mapa 1: 250 000 – Brno (Kozák et al., 2009), upraveno
Legenda (Brno) ANu33 – antropozem urbánní s antropogenním substrátem CEm05 – černozem modální se půdotvorným substrátem spraší CEp10 – černozem pelitická s půdotvorným substrátem slínů CEl05 – černozem luvická s půdotvorným substrátem spraší CEr03 – černozem arenická s půdotvorným substrátem spraší či prachovic na terasách nebo výrazně zahliněných teras 55
CEm04 – černozem modální s půdotvorným substrátem spraší a prachovic nad jiným podložím než terasy HNm05 – hnědozem modální s půdotvorným substrátem spraší KAm17 – kambizem modální s půdotvorným substrátem svahovin kyselých žul a blízkých hornin (lehké) RGcr02 – regozem karbonátová arenická s půdotvorným substrátem lehkých hlubokých substrátů RZm26 – rendzina modální s půdotvorným substrátem vápenců – svahovin Půda v místě odběru kompostu a vstupních surovin z Centrální Kompostárny Brno (CKB a.s.) CEr03 – černozem arenická s půdotvorným substrátem spraší či prachovic na terasách nebo výrazně zahliněných těles
2) Pedologická mapa – Blansko
Obrázek 19 – Pedologická mapa 1: 250 000 – Blansko (Kozák et al., 2009), upraveno
Legenda (Blansko) ANu33 – antropozem urbánní s antropogenním substrátem („cihličky“) 56
KAm18 – kambizem modální s půdotvorným substrátem svahovin kyselých žul a blízkých hornin, střední Půda v místě odběru kompostu z Kompostárny Blansko KAm18 – kambizem modální s půdotvorným substrátem svahovin kyselých žul a blízkých hornin, střední
3) Pedologická mapa – Hranice, Drahotuše, Týn nad Bečvou
Obrázek 20 – Pedologická mapa 1: 250 000 – Hranice, Drahotuše, Týn nad Bečvou (Kozák et al., 2009), upraveno
Legenda (Hranice, Drahotuše, Týn nad Bečvou) FLq14 – fluvizem glejová s půdotvorným substrátem bezkarbonátových nivních sedimentů LUg06 – luvizem oglejená s půdotvorným substrátem prachovic LUm06 – luvizem modální s půdotvorným substrátem prachovic Půda v místě odběru domácích kompostů a speciálního kompostu FLq14 – f luvizem glejová s půdotvorným substrátem bezkabonátových nivních sedimentů LUm06 – luvizem modální s půdotvorným substrátem prachovic
57
