Hodnocení Fytotoxicity Kompostu Metodami

Cílem studie, jejíž výsledky přináší tento článek, bylo posoudit možnost zjednodušení postupů úpravy a stabilizace čistírenských kalů z malých komunálních zdrojů znečištění (domovní a malé ČOV do cca 1 000 EO) v místě jejich vzniku a jejich následné využití, a to prostřednictvím extenzivního kompostování. Výsledkem práce mělo být také posouzení přínosů a rizik při aplikaci výsledných kompostů pro pěstování vybraných druhů plodin (zeleniny) také v komunitním měřítku.

Kaly z čištění odpadních vod představují cenný zdroj nutrientů, ale zároveň obsahují řadu rizikových prvků, organických polutantů a jiných látek. Současně jsou v surovém stavu zatíženy poměrně značným mikrobiálním znečištěním. V rámci zásad cirkulární ekonomiky jsou dlouhodobě studovány možnosti omezení jejich kontaminace, možnosti jejich stabilizace a zpracování do substrátů využitelných v zemědělství anebo v péči o zelené plochy a zeleň obecně.

Kompostované kaly jsou zdrojem celé řady živin pro růst rostlin (např. fosforu, dusíku), organické hmoty a mikroorganismů pro půdu užitečných. Při jejich používání dochází ke snížení spotřeby hnojiv a pesticidů a zlepšení fyzikálních a biologických vlastností půdy, ale současně při nadměrné aplikaci může docházet k hromadění těžkých kovů v povrchových vrstvách půdy.

Při kompostování, což je aerobní biologický rozklad a stabilizace organických substrátů, dochází k vývoji mikrobiálních populací, které způsobují četné fyzikálně-chemické změny ve směsi. Kompostování může snížit objem směsi o 40-50 %, účinně zničit patogeny metabolickým teplem vytvářeným termofilní fází, degradovat velké množství nebezpečných organických polutantů a poskytnout konečný produkt, který lze použít jako zdroj organické hmoty, pomalu se uvolňujících živin a stopových prvků pro půdu.

Ve vědecké literatuře existuje obecný konsensus, že aerobní procesy kompostování zvyšují komplexaci těžkých kovů v reziduích organického odpadu a že kovy jsou silně vázány na matrici kompostu a organické látky, které omezují jejich rozpustnost a potenciální biologickou dostupnost v půdě. Nejsilněji vázáno je Pb, nejslaběji Ni a Zn, Cu a Cd, jež vykazují střední sorpční charakteristiky.

Čtěte také: Metody hodnocení klimatu třídy

Metody a postupy

Pro prezentovanou studii vlivu kompostování kalů a odpadů z kořenových čistíren na přenos nutrientů a polutantů do vybraných druhů zeleniny byly využity kaly a odpady z domovních a malých ČOV dvou základních technologií - aktivačních ČOV a kořenových ČOV. S ohledem na simulaci možného reálného průběhu zpracování kalů z domovních a malých ČOV v rámci kompostování s dalšími organickými materiály z menších zdrojů (domovní bioodpad, komunitní bioodpad), zvolili jsme provedení kompostování v plastových kompostérech o objemu několika set litrů.

V prvním roce byly v plastových kompostérech o objemu 500 litrů založeny dva komposty - jeden s kalem z domovní aktivační ČOV (označen K-AČ) a druhý s kalem kořenové čistírny (označen 1 K-KČ). V případě kalu z kořenové ČOV byla připravena ještě jedna experimentální zakládka, a to ve formě lichoběžníkové hromady pod fólií, o objemu 4 000 litrů. Kompost byl označen jako 2 K-KČ. Vrstvy kalů v celkovém objemu, který odpovídal zásadám stanoveným ČSN týkající se kompostování, tedy maximální obsah kalu do 40 % zakládky, byly proloženy vrstv­vami trávy ze sečení, vrstvami štěpky ze zpracování dřevní hmoty a v případě kořenové ČOV také doplňkovými vrstvami makrofytní vegetace z kořenových filtrů čistírny (rákos s příměsí kosatce a zblochanu).

Ve druhém roce byly komposty založeny v hromádkách lichoběžníkového průřezu krytých PE černou nepropustnou fólií o objemu cca 300 litrů s využitím kalů dvou velikostí kořenových ČOV (domovní - kompost K-3 a komunální - kompost K-4). Uložení vrstev bylo následující: spodní vrstva 10 cm - zavadlá tráva, nad ní 5cm vrstva kalu z kořenové ČOV (sušina kalu cca 14 %), nad to 15cm vrstva - zavadlá tráva, dále 5cm vrstva kalu z kořenové ČOV (sušina kalu cca 14 %) a vrchní vrstvu tvořila 10cm vrstva zavadlých makrofyt.

V průběhu kompostování byly odebírány směsné vzorky vznikajícího kompostu k analýzám aktuální míry mikrobiologické kontaminace (enterokoky, fekální koliformní bakterie) a obsahu nutrientů a makroelementů (N, P, K, Ca, Mg, Na) a těžkých kovů (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn). Dále byla sledována sušina, ztráta žíháním a obsah kultivovatelných mikroorganismů při 22 °C. Odběr vzorků proběhl pro komposty založené v prvním roce po čtyřech a dvanácti měsících od založení, pro komposty založené ve druhém roce po čtyřech, sedmi a dvanácti měsících od založení.

Posouzení vlivu kompostů na produkci vybraných plodin bylo prováděno pomocí nádobových pokusů. Mezi studované plodiny byly i na základě rešerše vybrány plodiny zastupující různé druhy zeleniny (listová, plodová): hlávkový salát (Lactuca sativa L.) - odrůda Maršalus a rajče tyčkové (Lycopersicon esculentum Mill.) - odrůda Tornado F1. Hlávkový salát je jednou z nejvíce konzumovaných listových zelenin v syrovém stavu a je řazen mezi rostliny citlivé na těžké kovy. Rajčata jsou po bramborách druhou nejdůležitější zeleninou na světě.

Čtěte také: Hodnocení nebezpečných odpadů dle české metodiky

Nádobové pokusy byly navrženy s využitím stejných pětilitrových plastových květináčů s povrchovou plochou 0,031 m². Všechny sady byly umístěny ve stejné lokalitě a ve stejných podmínkách. U každé varianty substrátu (půdy, kom­posty, směsi půd a kompostů) byla připravena dvě (pokus 1. rok) nebo tři opakování (pokus 2. rok). Substráty byly voleny tak, aby zahrnovaly srovnávací zeminy - úrodná zahradní zemina (černozem - oblast Hustopečsko), v pokusech označená jako ZZ, a degradovaná erodovaná polní zemina (černozem - oblast Hustopečsko), v pokusech označená jako EZ. Dále pak směsi těchto zemin s komposty a pouze komposty.

Sklizeň salátů probíhala po cca jednom měsíci od vysázení sazenic (květen) v době plné zralosti salátových hlávek před jejich přechodem do fáze tvorby květů. Rostliny rajčat byly vysazeny ve stejných termínech jako saláty. Sklizeň plodů rajčat probíhala od prvního výskytu zrajících plodů (červenec) do konce produkce zrajících plodů (září, říjen). Vzorky salátu byly usušeny při pokojové teplotě, jemně rozdrceny a zhomogenizovány. Sklízené plody rajčat byly váženy v čerstvém stavu a ukládány do mrazáku. Na konci sklizně byly všechny plody z dané rostliny smíchány, zpracovány v laboratoři na homogenní směs a lyofilizovány k odběru podílů vzorků k analýzám.

Ke stanovení Al, As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn a Zn byl každý vzorek (přibližně 1g) mineralizován v teflonové nádobce pomocí zařízení (MLS-1200 MEGA) za použití 3 ml koncentrované HNO₃ a 1 ml 30% H₂O₂. Stanovení Al, As, Cd, Cr, Cu, Ni a Pb bylo provedeno metodou atomové absorpční spektrometrie - elektrotermické atomizace (AAS-ETA) na přístroji AANALYST 600 firmy PERKIN ELMER. Stanovení Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn a Zn bylo provedeno metodou plamenové atomové absorpční spektrometrie (AAS-plamen) na přístroji AANALYST 400 firmy PERKIN ELMER. Stanovení Hg bylo provedeno na přístroji AMA-254, který byl kalibrován dle manuálu výrobce. Celkový fosfor byl stanoven pomocí kyvetového testu LCK 348 (fa HACH-LANGE) na spektrofotometru DR 3900 s wolframovou lampou (Vis).

Výsledky a diskuze

Také v případě využití kalů z malých zdrojů (domovní a malé komunální ČOV) pro zahradnické a zemědělské účely je hlavním zájmem uživatele snížení kontaminace výsledného kalu a zajištění toho, aby použité substráty s obsahem kalů anebo kompostů s nimi nepředstavovaly zdravotní riziko a nebezpečí pro životní prostředí z hlediska toxicity. Tuto skutečnost lze ověřit např. testy fytotoxicity či únikovými testy žížal. Testy fytotoxicity existují ve formě směrnic, které vydaly významné environmentální agentury, jako např. US EPA (United States Environmental Protection Agency), OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development), ISO (International Standarts Organization), ASTM (American Society for Testing and Materials) a další.

Řeřichový test, který byl vybrán pro naši studii, je metoda vyhodnocování intenzity rozkladu organických materiálů a zralosti výsledného kompostu, která byla vypracována ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby v Praze pro po­užití v kompostárenské praxi. Při hodnotách do 50 % index uvádí nepoužitelnost kompostu k přímé aplikaci, od 60 do 80 % dává možnost aplikace s určitým rizikem poškození citlivých rostlin, při hodnotách 80 % a vyšších deklaruje zralý kompost. Je-li index klíčivosti mezi 60-80 %, lze říci, že kompost je ve fázi přeměny a má nejlepší hnojivý účinek. Nad 80 % tento účinek klesá a vliv humusu je silnější, což znamená, že živiny jsou více vázány.

Čtěte také: Indikátory ovzduší

Obsahy těžkých kovů a arsenu v zeminách použitých v pokusech v obou letech nepřesáhly preventivní a indikační hodnoty dle vyhlášky č. 153/2016 Sb. Z kompostů použitých v 1. roce překročily všechny komposty jak navrženou limitní hodnotu pro Cu v rámci technické zprávy EU, tak tu danou národní normou. Komposty K-3 a K-4 použité ve 2. roce nepřekročily žádnou z limitních hodnot navržených v rámci EU a daných normou ČSN 46 5735. Nižší koncentrace mědi a zinku v těchto kompostech (průměrně 218 mg/kg Zn a 65,9 mg/kg Cu oproti hodnotám 1 016 mg/kg Zn a 386 mg/kg Cu v kompostech v 1. roce) byly pravděpodobně způsobeny nižším podílem použitých kalů ve vstupní směsi pro kompostování.

Co se týče posouzení mikrobiálního znečištění, bylo provedeno pomocí standardních analytických metod pro stanovení indikátorových organismů (Salmonella sp., enterokoky, termotolerantní koliformní bakterie) ve vstupních kalech a ve výsledných substrátech z kompostování. Mikrobiální znečištění kalů z domovních čistíren se pohybovalo v rozmezí 2 x 103 až 4,2 x 103 KTJ/g sušiny vzorků v případě enterokoků a 1,6 x 104 až 6 x 104 KTJ/g sušiny vzorků v případě termotolerantních koliformních bakterií. Množství termotolerantních koliformních bakterií u kalu z komunální kořenové ČOV se pohybovalo v rozpětí 1 × 105 - 2 × 106 KTJ/g sušiny a množství enterokoků v rozpětí 1 × 104 až 6 × 106 KTJ/g sušiny. Mikrobiální znečištění v čerstvých substrátech z kompostů před jejich využitím do nádobových pokusů bylo nulové pro komposty K-3, K-4 a 1 K-KČ (nulová detekce KTJ na gram sušiny) pro oba indikátory; pro komposty 1 K-AČ a 2 K-KČ v desítkách KTJ na gram sušiny pro enterokoky a v nižších stovkách KTJ na gram sušiny pro FC. U všech kompostů by vyhovělo při posouzení s limity uvedenými v ČSN coby „Kompostování“.

Ze sady kompostů založených ve 2. roce (K-3 a K-4) byly odebrány směsné vzorky a doplněny o kontrolní vzorek (semena klíčící pouze na destilované vodě) pro testy fytotoxicity na semenech řeřichy. Vzorky kompostů již byly stabilizované, nevykazovaly změny v mikrobiální kontaminaci a obsahu těžkých kovů a makroelementů. Řeřichový test byl proveden ve dvou ředěních, a to 5 × a 10 × sušina (%). Pro každý vzorek bylo použito 10 Petriho misek s 8 semeny, celkem tedy 80 semen. Průměrná klíčivost v našem pokuse byla zjištěna 7,5; 7,5; 7,7 a 7,8 semen z 10 pro jednotlivé připravené směsi kompostů a zemin a 7,8 pro kontrolní vzorek.

Komunitní kompostování a jeho hodnocení

Komunitní kompostování je třídění odpadů občany, kteří vytříděný bioodpad přinášejí na společné kompostviště a je společným zařízením určité komunity. Touto komunitou mohou být např. školy, zahrádkářské komunity, obyvatelé sídliště atd. Kompostování se provádí na kompostovacích hromadách nebo v bioreaktorech. Kvalita a hygienická nezávadnost hotového kompostu je hodnocena na základě určení biologické stability, mikrobiologických a agrochemických vlastností.

Řeřichový test resp. test fytotoxicity je metoda vyhodnocování intenzity rozkladu organických materiálů a zralosti výsledného kompostu, která byla vypracována ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby pro použití v kompostárenské praxi. Jde o biologickou metodu hodnocení fytotoxicity výluhu vzorku indexem klíčivosti citlivé rostliny (řeřichy seté). Tento postup alespoň částečně eliminuje chyby, vznikající při zjišťování stability finálního produktu kompostování pouze pomocí teploty. Znakem stability je sice teplota kompostu blízká teplotě okolí, nebo teplota uvnitř zakládky nižší než 30 °C, ta však může být ovlivněna i jinými faktory, jakými jsou např. nízká vlhkost či nedostatek kyslíku.

Index klíčivosti semen (IK), nebo též biozkouška, je jednoduchý, ale přesto kvalitní test, který se používá jako zkouška zralosti kompostu. Tato metoda je velmi jednoduchá, ale přesto dobře použitelná. Dá se říci, že odráží účinky kompostů na klíčící rostliny při jeho aplikaci na pole, což je z hlediska zemědělské praxe důležité. Dle Vleeschauwera et al. Velikost fytotoxicity měřená reakcí citlivé rostliny (řeřicha setá) je přímým odrazem obsahu fytotoxických meziproduktů a umožňuje kvalitativní ohodnocení intenzity a trvání rozkladu stanovením hodnoty indexu klíčivosti (IK), jehož vysoká hodnota je ukazatelem nepřítomnosti toxických meziproduktů. Index klíčivosti se vyjadřuje v procentech kontroly, kterou je destilovaná voda.

Tabulka 1: Hodnocení zralosti kompostů (Reichová et al. VLEESCHAUWER et al. 1981 in: REICHLOVÁ, E., VÁŇA, J., JANOVSKÝ, J.: Hodnocení testů zralosti kompostu, Rostlinná výroba, vol. 42, No.

Spolu s intenzivním zemědělstvím dochází k úbytku organické hmoty v půdě. Pro udržitelné zemědělství je však třeba půdní kvalitu zlepšovat a zachovávat pro další generace. Možností, jak zlepšit půdní vlastnosti může být mimo jiné použití kompostu. V souvislosti s jeho využitím v zemědělství je ale důležité, aby se jednalo o nezávadný materiál, kterým nebudou do půdy vpravovány nebezpečné látky jako jsou například těžké kovy.

Využívání biologicky rozložitelné složky komunálního odpadu v zemědělství je vhodným nástrojem pro zvyšování množství organického materiálu v půdě a zlepšení jejích vlastností. Zároveň kompostování přináší další pozitivní vlivy snižováním množství vyprodukovaného odpadu nutného k likvidaci na skládkách apod. Nicméně jeho využití je třeba podrobit dalšímu testování především z hlediska jeho vlastností. Vysoký obsah těžkých kovů či vysoká salinita kompostu by mohla mít spíše negativní dopady na pěstování zemědělských plodin a kvalitu půdy. Legislativní předpisy každé země by měly upravovat vlastnosti kompostu, za kterých je možné takový materiál využít v zemědělství.

tags: #hodnoceni #fytotoxicity #kompostu #metody

Oblíbené příspěvky:

• Vermikompostování: Počet žížal
• Certifikace Ekologických Procesů
• Harmonogram svozu odpadu
• Regulace vodních toků z pohledu ekologie
• Tipy na cyklovýlety