Idei tej sprzyja ujawniające się coraz wyraźniej w świadomości społecznej przeświadczenie, że równowaga ekologiczna może być zachowana lub przywrócona m. in. przez likwidację lub radykalne ograniczenie ilości odpadów przemysłowych i komunalnych. Tej idei mają służyć nowe, proekologiczne technologie produkcji zakładające minimalizację odpadów i nowe zasady ich przetwarzania i utylizacji. Najbardziej racjonalnym, naturalnym kierunkiem zagospodarowania już istniejących i aktualnie powstających produktów odpadowych i osadów ściekowych, zwłaszcza zawierających materię organiczną, jest przyrodnicza ich utylizacja [Siuta 1995], najbliższa naturalnemu ekosystemowi, w którym substancje odpadowe producentów stają się substratem dla reducentów i konsumentów. Taki naturalny układ jest ideą przyszłości w korzystaniu przez ludzi ze środowiska naturalnego. Przyrodnicza utylizacja może być w szerokim zakresie realizowana w gospodarce rolniczej, a także w organizacji i utrzymaniu terenów zielonych w aglomeracjach miejskich i obiektach rekreacyjnych.
Jednym z takich sposobów wykorzystania materii organicznej są komposty uzyskiwane z odpadów stałych, np. roślinnych lub osadów ściekowych.
Odpady roślinne pochodzące z aglomeracji miejskich oraz terenów przemysłowych stanowią ogromne zasoby materii organicznej oraz składników pokarmowych, które należy racjonalnie wykorzystywać. Wzorując się na miastach krajów Unii Europejskiej, gdzie przyjmuje się, że dla aglomeracji miejskich i dzielnic od 60 do 100 tysięcy mieszkańców można urządzać i eksploatować kompostownie, podejmuje się również w Polsce próby wykorzystania odpadów roślinnych, po ich przetworzeniu na kompost. Kompostownie takie działają już w Warszawie (od roku 1994) i Krakowie (od roku 2000). Do kompostowania przeznacza się:
trawy
liście drzew i krzewów
rozdrobnione gałęzie drzew i krzewów
roślinne odpady z targowisk
popielęgnacyjne części roślin z rabat
i ogrodów.
Materiały te można również mieszać z dodatkiem trocin, pyłu tytoniowego, zdyskwalifikowanej żywności i pasz lub osadów ściekowych.
Badania dotyczące składu chemicznego kompostów z odpadów roślinnych produkowanych w kompostowniach Warszawy [Wasiak i Mamełka 1999] wykazały, że skład chemiczny suchej masy tych kompostów był dość zróżnicowany. W seriach analiz zawartość makroskładników wynosiła:
¨ 0,9 - 1,8% N
¨ 0,12 - 0,94% P2O5
¨ 0,10 - 1,04% K2O
¨ 0,43 - 7,7% CaO
¨ 0,36 - 1,41% MgO
Zawartość metali ciężkich nie przekraczała przyjętych liczb granicznych i wynosiła:
¨ 92 - 390 mg Zn. kg-1
¨ 21 - 99 mg Pb. kg-1
¨ 13 - 80 mg Cu. kg-1
¨ 0,41 - 1,4 mg Cd. kg-1
¨ 7 – 28 mg Ni. kg-1
¨ 2 – 42 mg Cr. kg-1
Zawartość substancji organicznej w suchej masie wahała się od 30 do 58%.
Znacznie wcześniej, bo już na początku lat 80-tych, rozpoczęto kompostowanie masy zielonej pochodzącej ze strefy bezleśnej Zakładów Azotowych „Puławy” [Polkowski i Sułek, 1999]. Rośliny bardzo zasobne w azot miesza się z trocinami drzew lub rozdrobnioną korą. Czas kompostowania (w pryzmach) wynosi 3-4 miesięcy. Po tym okresie kompost nadaje się do rolniczego wykorzystania. Jest on wolny od biologicznych i chemicznych zanieczyszczeń. Zawartość podstawowych składników pokarmowych w tych kompostach wynosiła:
¨ 1,97 – 2,60% N
¨ 0,28 – 0,38% P
¨ 0,59 – 1,04% K
¨ 1,15 – 1,21% Ca
¨ 0,19 – 0,31% Mg
Zawartość suchej masy wahała się od 63 do 66%.
Wiosną roku 2000 rozpoczęła w Krakowie działalność kompostownia odpadów
roślinnych wybudowana przez Firmę Ekokonsorcjum Efekt Sp. z.o.o. Kompostowanie
przebiega w oparciu o nowoczesną technologię austriacką. W jesieni 2000
roku przeprowadzono analizę chemiczną próbek z pierwszego cyklu produkcji
kompostu. Wyniki podano w tabeli 1.
Tabela 1. Przeciętny skład chemiczny pierwszej partii kompostu
| Sucha masa | Popiół | N-ogólny | P | K | Ca | Mg | Na | % | % w suchej masie |
| 44 –58 | 42 - 68 | 1,44–2,37 | 0,21-0,40 | 0,92-2,46 | 2,83-3,52 | 0,34-0,67 | 0,06-0,07 |
| Cu | Cd | Pb | Cr | Ni | Zn | Mn | Fe |
| mg. kg-1 suchej masy | |||||||
| 30-51 | 1,20-1,43 | 28-36 | 10,0-20,6 | 4,72-6,72 | 163-544 | 165-550 | 3970-8850 |
Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że w kompoście występuje duże zróżnicowanie w zawartości suchej masy, a w suchej masie w zawartości popiołu surowego i azotu ogólnego oraz pozostałych makroelementów oraz metali ciężkich.
Zawartość podstawowych składników pokarmowych (N, P, K, Ca, Mg) jest znacząca dla wartości nawozowej kompostu, wyższa niż przewiduje norma BN – 89/9103 – 09. Zawartość metali ciężkich jest znacznie niższa od liczb granicznych.
Wyniki wstępnej analizy nie można jednak traktować jako w pełni reprezentatywnej, bowiem zawartość składników może ulegać wahaniom w zależności od rodzaju komponentów materiału kompostowanego i sezonowości ich podaży. Niemniej jednak na podstawie tych wyników można uznać badany kompost za nawóz organiczny, który bez zagrożenia dla środowiska może być stosowany w rolnictwie, szczególnie do poprawy właściwości gleb, a także w produkcji ogrodniczej i racjonalnym utrzymaniu terenów zielonych. Może być przydatny przy utrzymaniu zieleńców przydomowych i w uprawach kwiatów rabatowych, balkonowych i doniczkowych.
Znacznie trudniejszym problemem jest przyrodnicze, w tym rolnicze wykorzystanie ogromnych zasobów materii organicznej i składników mineralnych z odpadów oraz ze ścieków i osadów ściekowych przemysłowych i komunalnych. Według przewidywań aktualnie w Polsce utylizacji wymagać będzie około 3 m3 odpadów komunalnych przypadających na statystycznego mieszkańca. Tylko niewielka część tych odpadów wykorzystywana jest w Polsce dla celów rekultywacyjnych i rolniczych. Obiektywna przeszkodą jest duża zawartość w niektórych z tych materiałów substancji toksycznych, zwłaszcza metali ciężkich, które mogą prowadzić do trwałego skażenia gleb, nawet jeżeli nie pogarszają jakości roślin.
Szerokie badania nad możliwością rolniczego, nawozowego wykorzystania odpadów przemysłowych i osadów ściekowych z aglomeracji krakowskiej prowadzone są od wielu lat w Katedrze Chemii Rolnej Akademii Rolniczej w Krakowie. Prace z tego zakresu prowadzi się także w innych ośrodkach naukowych w kraju, bowiem wiążą się one bezpośrednio z problemami ochrony środowiska, które muszą być rozwiązane przed przystąpieniem Polski do Unii Europejskiej.
W badaniach naszych zajmujemy się głównie utylizacją rolniczą osadów z biologiczno-mechanicznej oczyszczalni ścieków Krakowskich Zakładów Garbarskich oraz oczyszczalni komunalnych. Przedmiotem badań jest zarówno skład chemiczny osadów i jego dynamika, jak i wartość nawozowa osadów nieprzetworzonych oraz kompostowanych z dodatkiem różnych materiałów organicznych, jak trociny i liście drzew, słoma, torf i karton. W doświadczeniach stosowane są komposty zwykłe oraz wermikomposty wytworzone przy udziale dżdżownicy kalifornijskiej Eisenia fetida. Kompostowanie, a zwłaszcza wermikompostowanie radykalnie poprawia właściwości fizyczne osadów, które w stanie surowym są trudne do stosowania ze względu na mazistą konsystencję. Zmieniają się również właściwości chemiczne. Istnieje także możliwość biologicznej separacji metali ciężkich, bowiem Eisenia fetida wykazuje zdolność do kumulacji tych metali w swoim organizmie [Kostecka 1995, Mazur i in. 1996]. W materiałach badanych w naszych doświadczeniach zawartość metali ciężkich mieściła się na ogół (poza chromem) poniżej granicy dopuszczalnej dla materiałów odpadowych, które mogą być wykorzystywane do celów nawozowych [Kabata-Pendias i in. 1987]. Zwykle dość wysoka zawartość chromu w osadach ścieków garbarskich z Krakowa nie miała wyraźnego wpływu na poziom tego pierwiastka w użytkowych częściach roslin, przy podwyższonej zawartości w korzeniach [Filipek-Mazur 1997].
Nie stwierdzono obecności chromu (VI), który działa toksycznie na rośliny [Filipek-Mazur i Soja 1996], natomiast dominująca forma Cr (III) jest dość trudno dostępna dla roślin. Gleby w Polsce są na ogół ubogie w chrom. Wyższą zawartość tego pierwiastka w roślinach można traktować jako cechę pozytywną, gdyż ma on swój udział w metabolizmie cukrów w organizmie ludzi i zwierząt [Carry et al. 1977, Mouliner i Mazover 1968, Wallach 1985]. Jest on więc korzystnym czynnikiem w diecie dla cukrzyków. Chrom uczestniczy także w procesach oksydoredukcyjnych w roślinach i w syntezie chlorofilu.
Skład chemiczny kompostów i wermikompostów zależy od zmiennej zawartości składników w materiałach wyjściowych. W naszych badaniach próbki osadów z oczyszczalni biologiczno-mechanicznej Krakowskich zakładów Garbarskich pobierane w 4 tygodniowych seriach w okresie 4 miesięcy (64 próbki) zawierały przeciętnie 18% suchej masy, w tym 57% stanowiła materia organiczna. W suchej masie zawartość azotu wynosiła 4,1%, fosforu (P2O5) 2,26%, wapnia (Ca) 5,57%, sodu (Na) 0,73% i magnezu (Mg) 0,08%. Niska, jak we wszystkich osadach ściekowych, jest zawartość potasu, który znajduje się głównie w wodach odciekowych. Z oznaczonych metali ciężkich tylko zawartość chromu przekraczała graniczną liczbę 1000 mg. kg-1 (2175 mg Cr. kg-1), ale w różnych krajach przyjmuje się różną wartość tej liczby (nawet do 3000 mg Cr. kg-1), zwłaszcza przy stosowaniu tych materiałów do celów rekultywacyjnych [Filipek-Mazur i Mazur 1996].
Efekt plonotwórczy osadów nieprzetworzonych, jak i kompostowanych jest porównywalny z nawożeniem obornikiem, a w doświadczeniach wieloletnich, także z nawożeniem mineralnym (przy jednakowych dawkach NPK), gdyż ujawnia się wtedy następczy, korzystny wpływ nawożenia organicznego.
W 3-letnich doświadczeniach wazonowych na dwóch glebach o zróżnicowanym składzie granulometrycznym [Filipek-Mazur 1997] sumaryczne plony 6 roślin na glebie lżejszej były po zastosowaniu osadów organicznych, wyższe o 4-10% w porównaniu do nawożenia obornikiem. Większe zwyżki plonów spowodowało tylko nawożenie mineralne (14-23% w zależności od dawki nawozów). Na glebie cięższej plony były generalnie wyższe, a w stosunku do obornika nawożenie osadami garbarskimi spowodowało wzrost sumarycznych plonów o 1-5%. Średnio dla obu gleb obornik i osady ściekowe działały równorzędnie (99-102%). Przy nawożeniu kompostem przygotowanym z osadu ściekowego z różnym dodatkiem torfu (0-20%) sumaryczne plony 6 roślin z 3 lat doświadczenia były wyższe niż na oborniku o 8-16%, przy wzroście o 13% w obiekcie z nawożeniem mineralnym.
W dwóch 3 i 4-letnich doświadczeniach polowych tej samej Autorki porównywano działanie nawozowe kompostów osadów ściekowych z dodatkiem słomy, trocin lub torfu z działaniem obornika i nawozów mineralnych przy uprawie ziemniaków i buraków pastewnych oraz mieszanki gorczycy ze słonecznikiem. Sumaryczne plony ze wszystkich obiektów nawożonych były statystycznie równorzędne, przy czym działanie kompostu trocinowego oraz osadów nieprzetworzonych było bliższe działaniu nawożenia mineralnego. W drugim doświadczeniu stwierdzono także równorzędność w sumarycznych plonach z obiektów nawożonych organicznie. Wzrost plonów w stosunku do kontroli, bez nawożenia, wynosił od 21% (obornik) do 36% (kompost torfowy).
W innej serii doświadczeń polowych, w której stosowano pojedynczą i podwójna dawkę nawozów, plony w okresie 4 lat zwiększyły się przy nawożeniu obornikiem o 23-25%, a przy stosowaniu osadów nieprzetworzonych i ich kompostów – o 22 do 27%. Nawożenie mineralne spowodowało w tych doświadczeniach wzrost plonów o 35 do 39% [Filipek-Mazur 1998].
Prowadzone w ostatnich latach badania nad wartością nawozową wermikompostów z różnych materiałów organicznych, także z udziałem osadów ściekowych wykazały ich korzystne działanie zarówno na plony roślin i ich skład chemiczny, jak i na właściwości gleby [Kalembasa 1995, Filipek-Mazur i in. 1998b]. W doświadczeniach wazonowych plony trzech pokosów kupkówki pospolitej uprawianej w pierwszym roku zwiększyły się pod wpływem nawożenia obornikiem o 86%, natomiast w stosunku do obornika efekt zastosowania wermikompostu z osadu garbarskiego i komunalnego z dodatkiem słomy wyraził się wzrostem plonu o 15-18% [Mazur i in. 2000]. W 2-letnich doświadczeniach wazonowych sumaryczne plony 4 roślin w obiektach nawożonych kompostami i wermikompostami z osadów ścieków garbarskich i słomy (20%) miały wartość od 91 do 104% wartości plonu w obiekcie z nawożeniem mineralnym. Korzystne działanie nawozów organicznych stwierdzono szczególnie w drugim roku doświadczenia jako efekt następczy na tle jednakowego nawożenia mineralnego w tym roku we wszystkich obiektach nawożonych [Filipek-Mazur i in. 1998]. W doświadczeniach wazonowych Gambusia i Wieczorka [1999] kompostowane osady ścieków komunalnych z Myślenic i Skały działały na plonowanie kukurydzy korzystniej niż obornik (o14% i 30%). Jeszcze bardziej efektywne było działanie kompostów z osadów z dodatkiem słomy i trocin, które spowodowały wzrost plonów kukurydzy w stosunku do obiektu z obornikiem o 74 i 81% (osad z Myślenic) oraz o 25 i 49% (osad ze Skały). Wermikomposty z takich samych mieszanin z Myślenic działały nie tylko lepiej od obornika (o 100 i 109%), ale i od nawożenia mineralnego NPK (o 9 i 14%). Efektem nawożenia wermikompostem trocinowym ze Skały był wzrost plonu o 55% w stosunku do nawożenia obornikiem. Przy stosowaniu wermikompostów mniejszy był przyrost zawartości chromu w kukurydzy niż przy nawożeniu kompostami.
Wpływ osadów garbarskich oraz ich kompostów z dodatkiem słomy lub trocin na skład frakcyjny próchnicy glebowej badano w dwóch doświadczeniach glebowych po 3 i 4 latach od zastosowania tych nawozów [Filipek-Mazur i in. 1998a]. Stwierdzono, że nawożenie tymi materiałami spowodowało zmniejszenie zawartości nisko spolimeryzowanych frakcji próchnicy, natomiast zwiększył się udział substancji humusowych nie ulegających hydrolizie w roztworach najsilniejszych zastosowanych w procedurze frakcjonowania próchnicy glebowej.
Wnioski
1. Najbardziej racjonalnym kierunkiem utylizacji odpadów organicznych i osadów ściekowych jest ich przyrodnicze, w tym głównie rolnicze wykorzystanie do celów nawozowych, szczególnie do poprawy bilansu materii organicznej w glebach.
2. Najlepszym sposobem dostosowania materiałów odpadowych, zwłaszcza osadów ściekowych, do nawożenia jest ich kompostowanie z dodatkiem materiałów rozluźniających, a także wermikompostowanie z udziałem dżdżownicy kalifornijskiej (Eisenia fetida).
3. Wyniki doświadczeń wskazują jednoznacznie, że działanie nawozowe kompostów i wermikompostów jest równorzędne z działaniem obornika, a w doświadczeniach wieloletnich występuje korzystny efekt następczy tych nawozów, także w odniesieniu do właściwości gleby.
4. Należy popierać inicjatywy przetwarzania na „czysty”
kompost odpadów roślinnych. Organizacja gromadzenia tych odpadów powinna
być regulowana na drodze administracyjnej.
LITERATURA
1. Carry E.E., Alloway W.H., Olsen O.E.
1977. Control of chromium concentrations in food plants. I. Absorpion and
translokation of chromium by plants. J. Agric. Food Chem., 25, 300-304.
2. Filipek-Mazur B. 1997. Badania nad wartością nawozową osadów organicznych z biologiczno-mechanicznej oczyszczalni ścieków garbarskich po separacji chromu. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, Rozprawy nr 227.
3. Filipek-Mazur B. 1998. Plonowanie roślin nawożonych osadem garbarskim surowym i przekompostowanym z torfem i zawartość w nich metali ciężkich. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, 340, Rolnictwo 35, 11-21.
4. Filipek-Mazur B., Mazur K. 1996. Perspektywy i warunki rolniczej utylizacji osadów organicznych z biologicznej oczyszczalni ścieków Krakowskich Zakładów Garbarskich. Mat. III Konf. Nauk.–Techn. „Zagospodarowanie odpadów z rejonu Krakowa”, Osieczany, 16-17.06.1996, 157-162.
5. Filipek-Mazur B., Mazur K., Gondek K. 1998a. Skład frakcyjny próchnicy w glebie nawożonej obornikiem oraz osadem z oczyszczalni ścieków garbarskich i uzyskanymi z niego kompostami. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, 349, Sesja Nauk. 64, 89-96.
6. Filipek-Mazur B., Mazur K., Gondek K. 1998b. Wartość nawozowa wermikompostów z osadów garbarskich w doświadczeniu wazonowym. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, 334, Sesja Nauk. 58, 75-84.
7. Gambuś F., Wieczorek J. 1999. Skład chemiczny i wartość nawozowa kompostów i wermikompostów z osadów ściekowych nadmiernie zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 467, II, 513-520.
8. Grześkowiak A. 1999. System nawożenia „Police”. Wyd. ZCh „Police”,48.
9. Kabata-Pendias A. i in. 1987. Rolnicza przydatność odpadów przemysłowych i komunalnych. IUNG, Puławy.
10. Kalembasa D. 1995. Wermikompost – nawóz do rekultywacji gleb zdegradowanych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 418, II, 591-596.
11. Kempa E.S. 1993. Przyszłościowa gospodarka osadami. Mat. Konf. Nauk.-Techn. „Problemy gospodarki osadowej w oczyszczalniach ścieków”, Częstochowa, 15-22.
12. Kostecka J. 1995. Produkcja wermikompostu z osadów ściekowych w oczyszczalni ścieków w Brzesku. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 418, II, 583-589.
13. Mazur K., Filipek-Mazur B. 1999. The use of organic fertilizers in Poland and agricultural usability of alternative (unconventional) fertilizer. Sbornik Konf. „Racionalni pouziti hnojiv”, CZU v Praze, 68-72.
14. Mazur K., Filipek-Mazur B., Gondek K. 2000. Badania nad wartością nawozową wermikompostów. I. Skład chemiczny wermikompostów i ich wpływ na plon roślin. Folia Univers. Agricult. Stetinensis 211, Agricultura 84, 289-296.
15. Mazur K., Filipek-Mazur B., Kopeć M., Rościszewska M. 1996. Skład chemiczny kompostów i wermikompostów z osadów i odpadów garbarskich. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 437, 271-276.
16. Mazur T. 1999. Ekologiczne uwarunkowania nawożenia w rolnictwie jutra. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, 349, Sesja Nauk. 64, 263-270.
17. Moulinier H., Mazover R. 1968. Contribution a l,etude de l,action du chrome sur la croissance des vegetaux. Ann. Agron., 19/5, 553-567.
18. Rocznik statystyczny. 1995, 1996, 1997, 1998, 1999. GUS. Warszawa.
19. Siuta J. 1995. Przyrodnicze użytkowanie osadów ściekowych. Ekoinżynieria, 2, 10-14.
20. Wallach S. 1985. Clinical and biochemical aspects of
chromium deficiency. J. Am. College of Nutrition, 4, 107-120.
| Poprzedni | Strona główna | Następny |
KONFERENCJA NAUKOWA PRODUKCJA I WYKORZYSTANIE KOMPOSTÓW Z TERENU MIASTA KRAKOWA