Hulladékból összeállított komposztok degradációs folyamatainak nyomon követése

Dátum
2012-09-24T13:18:19Z
Szerzők
Hunyadi, Gergely
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt
A hazai és nemzetközi jogszabályi szigorodásoknak megfelelően csökkenteni kell a biológiailag bontható, szerves anyagban gazdag hulladékok depóniákban történő elhelyezését. A jogszabályi elvárásoknak eleget téve a keletkező szerves hulladékokat a mezőgazdaságban, a biogáztermelés során, vagy komposzt-előállításra érdemes felhasználni. Az szennyvíziszap, illetve az állati eredetű hulladék jelentős tápanyag-potenciállal rendelkezik, de közvetlen mezőgazdasági felhasználásukat kedvezőtlen tulajdonsága (nehézfém tartalom, fertőzőképesség, stb.) korlátozhatja. Az általam vizsgált két komposztálási technológia, a szennyvíziszapra alapozott nyílt prizmás, illetve az állati eredetű hulladékokra alapozott intenzív levegőztetett technológia megoldást jelenthet a fent említett hulladékok ártalmatlanítására, ráadásul az optimális degradációs feltételek biztosításával egy olyan végterméket nyerhetünk, amely a tápanyag-körforgalomban alkalmazható. Dolgozatomban a különböző keverési arányok végtermékre és degradációra gyakorolt hatását hasonlítottam össze, illetve olyan mérési módszereket vizsgáltam, amelyek hatékonyan, gyorsan és in situ nyújtanak információt a degradációs folyamatokról, illetve a komposzt állapotáról. Vizsgálataim alapján megállapítottam, hogy a végtermék minősége közel állandónak tekinthető, azt az adalékanyagok hatása számottevően nem befolyásolja, tulajdonságait a szennyvíziszap jellemzői határozzák meg. A felállított anyagmérlegek alapján arra a következtetésre jutottam, hogy bár a végtermékek minősége közel állandó, a degradációs folyamat nagyban függ a kiindulási alapanyagok arányától. A nyílt prizmás komposztálási technológia esetében vízszintesen és függőlegesen is vizsgáltam a hőmérséklet és gáztartalom változását a prizma keresztszelvényében. A zárt technológia esetében a takarófólia kiképzése miatt csak függőlegesen volt lehetőség az eloszlás vizsgálatára. A hőmérséklet mérése kazalhőmérővel, míg a belső gázkoncentráció vizsgálata, egy az Intézetünk által, speciálisan erre a célra kifejlesztett, saválló mérőrúddal felszerelt gázanalizátorral történt. Az eredmények alapján mind a nyílt, mind pedig a zárt technológia esetén a komposztprizma függőlegesen három részre osztható. A nyílt prizmás technológia esetében a prizma keresztszelvénye vízszintesen is 3 zónára tagolható: egy külső kéregzónára, az intenzív lebomlás zónájára, illetve egy alacsonyabb hőmérsékletű magzónára. A nyílt prizmás technológia esetében vizsgáltam a felszín hőmérsékletét, illetve a felszíni hőmérséklet eloszlását is hőkamera segítségével. Megállapítottam, hogy a különböző adalékanyagok befolyásolják a felszíni hőmérséklet és a belső hőmérséklet kapcsolatát. A felszíni hőfelvételek felhasználásával vizsgáltam az eltérő hőmérsékletű pontok kialakulásának okait is. Az eltérő hőmérsékletet közvetlenül az izzítási veszteség, közvetett módon pedig a relatív nedvességtartalom és a C/N arány befolyásolta. Kutatásom során három ex situ és három in situ eljárást vizsgáltam a homogenitás meghatározására. Megállapítottam, hogy mind az ex situ, mind az in situ eljárások alkalmazhatóak a prizma homogenitásának vizsgálatára, azonban a közvetlen in situ módszerek használata javasolt. A gázmérések előnye, hogy az ammónia-koncentráció, illetve az oxigén-szén-dioxid arány értéke egymást alátámasztja, ráadásul a gázkoncentráció mérésével a degradáció állapotáról is képet kaphatunk. A reflektancia keverési arány meghatározásában betöltött szerepét is vizsgáltam. Az eredmények alapján a 735-940 nm-es hullámhossztartományok alkalmasak a keverési arány ellenőrzésére, így a kapott regressziós egyenlet felhasználásával a reflektancia, mint új in situ eljárás is alkalmazható a homogenitás vizsgálatára. A degradáció nyomon követésére a hőmérséklet mérése mellett, a reflektancia, illetve a különböző gázok koncentrációjának mérését alkalmaztam. A mérések célja a reflektancia, illetve a gáz-koncentráció komposztérettség-meghatározásban betöltött szerepének feltárása volt. A hőmérséklet-változás görbéjének matematikai vizsgálata során megállapítottam, hogy a degradáció 3 matematikai függvénnyel írható le. Feltártam az egyes görbék értelmezési tartományát, illetve a 2. függvény esetében azt az inflexiós pontot, amely a lebomlási és átalakulási szakasz határát jelöli. A reflektancia alapján a komposzt degradációja szintén 4 szakaszra osztható, de alkalmazása a degradáció utolsó fázisában (25. naptól kezdődően) a hőmérséklet mérésével kiegészítve javasolt. Az egyes gázkomponensek mérése szintén a degradáció végső szakaszában javasolt, ugyanis a degradáció lezajlásával a pórustér összetétele számottevően nem változik. Due to the restrictions of the national and international legislation the deposition of the biodegradable organic wastes has to be reduced. Fulfilling the demands of law the produced organic wastes are recommended to be utilized in agriculture, biogas-production or composting. Sewage sludge and animal wastes have a good nutrient–potential, but their direct agricultural use is limited by their disadvantageous characteristics (heavy metal content, fertility, etc.). The examined two composting technologies – the open air windrow composting based on sewage sludge and the active aerated composting based on animal wastes may give a solution for the disposal of these wastes. Furthermore, with ensuring the optimal degradation conditions we can gain a final product that can be used in nutrient-cycle. In my dissertation I compared the effects of various compost mixtures on the characteristics of the final product. I examined measurement methods that can be used effectively, fast and on-site and give information of the degradation processes and compost maturity. Comparing the characteristics of the produced final materials I concluded the characters of the final products are mainly determined by the properties of the used sewage sludge. The final product has relatively stable characteristics independently of the used bulking agents which makes the agricultural utilization is easy to plan. The potassium content needs supply. To analyze the degradation processes I built up a mass-balance model based on the empirical formulas of the used materials. We can conclude the degradation is not mainly determined by the quantity of the organic material but the quality. In the case of the open air windrow composting I examined the changes of temperature and gases horizontally and vertically in the cross-section. In the case of the active aerated technology I could only measure the temperature and gases vertically because the GoreTEX coverage only has one possible point to measure. The temperature was measured with a stick thermometer while the gasconcentrations were determined with e gas-analyzer which was supplied a special stainless steel, acid-proof pole which was invented by our institute. According to the results in both technologies the compost pile vertically can be divided into three zones. In the case of the open air windrow composting the cross-section horizontally can be divided into three zones too – an upper crust-zone, a central zone, which is the place of the intensive degradation and an inner core-zone. The surface temperature and the distribution of the surface temperature were also examined with a thermo-camera in the case of open air windrow composting.I compared the surface temperature distribution with the distribution of the inner layers and concluded the affect of the bulking agents. I analyzed the causes of different surface temperature. The temperature was directly affected by the loss on ignition directly and by the relative moisture content and the C/N ratio intermediately. During our research I examined three ex situ and three in situ measurement methods. The ex situ and in situ measurements also can be used to examine homogeneity, but the in situ measurements are recommended, because the gas-measurements take place on site, the results of ammonia concentration and oxygen carbon dioxide ratio support each other and we receive an overview of the state of compost maturity. I also analyzed the role of reflectance during the evaluation of mixing rate. Based on the results the wavelengths between 735 and 940 nm are suitable for checking the mixing rate. With the regression equation the reflectance can be used as a new in situ homogeneity determination method. To follow the degradation process next to the measurement of temperature I used reflectance and gas concentration analyses. The aim of the researches was the exploration of the role of reflectance and gas-concentration in maturity determination. During the mathematical examination of the chart of temperature I concluded the degradation can be characterize with three functions. I introduced domains of the functions and the inflexion-point of the second function which is the edge of the degradation and the conversion period. Based on the reflectance the degradation of the compost can be divided into three periods. Its utilization is suggested in the final period of the biodegradation supplied with temperature measurement. The measure of gas components is also suggested during the last period of degradation because at the end of the degradation the gas-components of the pore do not change considerably.
Leírás
Kulcsszavak
komposztálás, composting, szennyvíziszap, sewage sludge, állati eredetű hulladékok, slaughterhouse wastes, reflektancia, reflectance, gázkoncentráció, gas-concentration, hőmérséklet, temperature
Forrás