4. ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ - ΛΙΠΑΣΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ 4.1. Μηχανικός διαχωρισµός 4.1.1. Γενικά Σκοπός του Μηχανικού ιαχωρισµού (Μ ) είναι ο επιµερισµός µε µηχανικά µέσα των υλικών από µίγµα των σύµµικτων απορριµµάτων σε διάφορα συστατικά ή οµοιογενείς κατηγορίες συστατικών, τα οποία µπορούν έτσι να επιστρέψουν ως δευτερογενείς πρώτες ύλες στον παραγωγικό και οικονοµικό κύκλο. Οι διεργασίες που περιλαµβάνει µία τυπική µονάδα µηχανικού διαχωρισµού διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες (α) (β) Υποβιβασµός του µεγέθους. ιαχωρισµός και ταξινόµηση. Ο υποβιβασµός του µεγέθους επιτυγχάνεται µε τη χρήση διαφόρων τύπων µύλων, είτε σε ολόκληρη τη ροή µάζας των απορριµµάτων, είτε σε ροές µάζας επιµέρους συστατικών. Ο διαχωρισµός βασίζεται στις διαφορές µεγέθους που υπάρχουν ανάµεσα στα συστατικά των οικιακών απορριµµάτων αλλά και των φυσικοχηµικών ιδιοτήτων και ιδιαίτερα των µαγνητικών (για ανάκτηση των σιδηρούχων µετάλλων) και του ειδικού βάρους (για ταξινόµηση σε βαρέα και ελαφρά κλάσµατα). 4.1.2. ιαδικασία µηχανικού διαχωρισµού Ο διαχωρισµός γίνεται είτε σε υγρή είτε σε ξηρή κατάσταση, µε την τελευταία να είναι η πλέον διαδεδοµένη και να κερδίζει διαρκώς έδαφος, ενώ έχουν ακόµη αναπτυχθεί και τεχνικές διαχωρισµού που βασίζονται σε διαφορές ηλεκτρικής αγωγιµότητας (για ανάκτηση µη σιδηρούχων µετάλλων), οπτικών ιδιοτήτων (για ανάκτηση γυαλιού) κ.λπ., οι οποίες βέβαια έχουν προς το παρόν µεγάλο κόστος και χαµηλά ποσοστά ανάκτησης. Αναλυτικότερα ο Μ περιλαµβάνει τις παρακάτω διεργασίες: - Zύγισµα. - ιαλογή. - Θραύση. - Kοσκίνισµα. Αρχικά αφαιρούνται τα ογκώδη αντικείµενα και ανακτώνται τα σιδηρούχα µε µαγνήτη. Στη συνέχεια αποµακρύνονται άλλα µέταλλα µε διέλευση των απορριµµάτων από ηλεκτροµαγνητικό πεδίο. Aκόµα γίνεται διαλογή και αφαιρούνται γυαλιά, καουτσούκ κ.λπ., όπως επίσης και τα χαρτιά µεγάλων διαστάσεων. Oι θραυστήρες µε σφυριά (σφυρόµυλοι) έχουν σκοπό να κάνουν το µέγεθος των απορριµµάτων πιο µικρό, γιατί τα αντικείµενα µε µικρό µέγεθος έχουν µεγάλη ειδική επιφάνεια. Mία µέθοδος διαχωρισµού του κοµπόστ από τα πυκνά προϊόντα, ιδίως τα γυαλιά, κοµµάτια πορσελάνης κ.λπ., είναι τα βαλλιστικά κόσκινα. Tα προϊόντα «εκτοξεύονται» σε µία ταινία που λειτουργεί µε µεγάλη ταχύτητα. Tα πιο πυκνά θα πέσουν πιο µακριά από τα συνήθη υλικά. Οι βασικοί παράγοντες στο µηχανικό διαχωρισµό είναι (α) Ο βαθµός ανάκτησης, δηλ. η ποσότητα. 100
(β) Η ποιότητα των ανακτούµενων υλικών. Με τον Μ επιτυγχάνεται αύξηση ή ελάττωση της επιφάνειας, διαχωρισµός σύµφωνα µε το µέγεθος και διαλογή ανά οµάδα υλικών. Τα γενικά στάδια του Μ είναι ο τεµαχισµός, το κοσκίνισµα, ο διαχωρισµός και η συµπίεση και εµφανίζονται, µε όλους τους δυνατούς συνδυασµούς στις διάφορες εγκαταστάσεις µηχανικού διαχωρισµού (ανάκτησης υλικών). Η επιλογή και ιεράρχηση όλων των παραπάνω διεργασιών µεταβάλλεται σε κάθε µονάδα ανάλογα µε τη σύσταση των οικιακών απορριµµάτων και τις δυνατότητες απορρόφησης των επιµέρους συστατικών από την τοπική αγορά. Με τον τρόπο αυτό, η µέθοδος του µηχανικού διαχωρισµού χαρακτηρίζεται από ευελιξία και ικανότητα προσαρµογής στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της περιοχής εγκατάστασης της µονάδας, κάτι που αποτελεί άλλωστε σηµαντικό πλεονέκτηµα έναντι άλλων µεθόδων αξιοποίησης απορριµµάτων. 4.1.3. Προϊόντα µηχανικού διαχωρισµού Τα προϊόντα που είναι δυνατόν να ανακτηθούν από µία µονάδα µηχανικού διαχωρισµού απορριµµάτων είναι: 1. Σιδηρούχα µέταλλα, µε συντελεστή ανάκτησης 65-95%. Ο διαχωρισµός σιδηρούχων µετάλλων µε ηλεκτροµαγνήτες µπορεί να εµφανίσει χαµηλή απόδοση εξαιτίας συµπαραροής και άλλων υλικών. Τα µη σιδηρούχα µέταλλα δε µπορούν να διαχωριστούν αξιόπιστα µε καµία µέθοδο. Εφαρµόζεται πειραµατικά ηλεκτροδιαλογή και µόνη αξιόπιστη λύση προς το παρόν είναι η χειροδιαλογή. 2. Ζυµώσιµα υλικά µε συντελεστή ανάκτησης 70-90%, για παραγωγή ΒΕ µε συντελεστή παραγωγής 75%. 3. RDF, µε συντελεστή ανάκτησης 70-80% ή (εναλλακτικά) χαρτί και πλαστικά µε ακόµη χαµηλότερο συντελεστή ανάκτησης. To RDF (Refuse Derived Fuel) αποτελείται κυρίως από χαρτί και πλαστικό, δηλαδή από υλικά που τόσο από µόνα τους όσο και ευρισκόµενα σε µίγµα µεταξύ τους, έχουν υψηλή θερµογόνο δύναµη. Ως εναλλακτική λύση έναντι του RDF (ελληνιστί: ΚαΣ=Καύσιµο από Σκουπίδια) νοείται ο περαιτέρω διαχωρισµός χαρτιού και πλαστικών σε µία µονάδα µηχανικού διαχωρισµού (κάτι που µπορεί να επιτευχθεί σε αεροδιαχωριστήρα µε προηγούµενο βρέξιµο του µίγµατος, εξαιτίας του οποίου το χαρτί βαραίνει) και η τελική ανάκτηση του κάθε υλικού. Αν και υπάρχουν αρκετά παραδείγµατα χωριστής ανάκτησης χαρτιού και πλαστικών, φαίνεται να υπερισχύει η τάση παραγωγής ΚαΣ, όπου απαραίτητη προϋπόθεση επιτυχίας αποτελεί εδώ η ύπαρξη αγοράς για αυτό. Ο βαθµός επεξεργασίας του ΚαΣ (τεµαχισµός, ξήρανση, µορφοποίηση σε pellets - κοκκοποίηση) ποικίλλει και αυτός σηµαντικά, ανάλογα µε την επιδιωκόµενη χρήση του. To ΚαΣ κατά την καύση του παράγει επικίνδυνους ρύπους όπως HCl (75% λόγω PVC), PCDD, PCDF. Επίσης περιέχει βαρέα µέταλλα λόγω του χαρτιού και των χρωµάτων των πλαστικών, τα οποία δίδουν χλωριόντα κατά την καύση (ZnCl 2, SnCl 2 ). Στην περίπτωση ενδεχόµενης χρήσης του ΚαΣ ως εναλλακτικό καύσιµο σε µονάδες, τίθεται το θέµα του κόστους καθαρισµού των απαερίων, ενώ πρόσθετο πρόβληµα αποδοχής τίθεται εξαιτίας της πιθανής ανοµοιογένειας των ιδιοτήτων του (π.χ. θερµογόνος δύναµη). 4. Γυαλί, µε συντελεστή ανάκτησης 50-90%. Το γυαλί δεν φορτίζεται ηλεκτρικά και µπορεί να διαχωριστεί σε ηλεκτρικό πεδίο, ενώ για να είναι αποδοτικός ο µαγνητικός διαχωρισµός του, θα πρέπει να υπάρχει υψηλή περιεκτικότητα Fe 2 O 3. Γενικά η µόνη αξιόπιστη µέθοδος προς το παρόν είναι η χειροδιαλογή. Από µονάδες µηχανικού διαχωρισµού παίρνεται ανάµικτο γυαλί, από το οποίο µπορεί να παραχθεί µόνον πράσινο που έχει µειωµένη αγορά. 5. Αλουµίνιο, µε συντελεστή ανάκτησης 55-90%. 101
6. Χαρτί. Το χαρτί, ανακτώµενο µόνο του έχει υψηλή υγρασία και είναι έντονα ρυπασµένο από την επαφή του µε το ζυµώσιµο κλάσµα. Εφόσον δεν προορίζεται για ΚαΣ, είναι αναπόφευκτη µία χαµηλή απόδοση ανάκτησης στη φάση διαχωρισµού του από το πλαστικό. Εξαιτίας της κακής κατάστασης του ανακτώµενου χαρτιού, προκύπτει δυσκολία εξεύρεσης αγοράς. 7. Πλαστικά. Το πλαστικό, υπό την προϋπόθεση ότι δεν προορίζεται για ΚαΣ, παρουσιάζει το σοβαρό µειονέκτηµα της ανοµοιογένειας και υπάρχει µεγάλη δυσκολία περαιτέρω διαχωρισµού. Η χειροδιαλογή είναι επίσης δύσκολη, ενώ προϊόντα είναι κυρίως πλαστικά ποιότητας χαµηλότερης από το αρχικό προϊόν (down-cycling). Πρέπει να υπογραµµισθεί ότι οι συντελεστές ανάκτησης για όλα τα παραπάνω προϊόντα ποικίλλουν ανάλογα µε τη χρησιµοποιούµενη τεχνολογία και την αρχική σύσταση των απορριµµάτων. 4.1.4. Μηχανολογικός εξοπλισµός Η πρώτη κατηγορία µηχανολογικού εξοπλισµού που διατίθεται για την προεπεξεργασία των απορριµµάτων είναι οι κατεργαστές (processors), οι οποίοι επιτυγχάνουν την ελάττωση του όγκου, το σχίσιµο των σακουλών και την αποκατάσταση της οµοιοµορφίας. Οι συσκευές αυτές συνοδεύονται από βοηθητικό εξοπλισµό όπως σιλό και µεταφορικές ταινίες. Οι σηµαντικότερες συσκευές κατεργασίας είναι οι θραυστήρες κρούσης, οι σφυρόµυλοι, οι περιστροφικοί κόπτες, οι θραυστήρες κυλίνδρου, οι σφαιρόµυλοι και οι θραυστήρες σιαγόνων. Η δεύτερη κατηγορία µηχανολογικού εξοπλισµού είναι οι διαχωριστές (separators), oι οποίοι επιτυγχάνουν των διαχωρισµό της εισερχόµενης µάζας των απορριµµάτων σε δύο ρεύµατα, όπου το ένα περιέχει το προς ανάκτηση υλικό σε υψηλή συγκέντρωση, ενώ το άλλο είναι απαλλαγµένο από την παρουσία του. Οι πιο διαδεδοµένες συσκευές διαχωρισµού είναι τα κόσκινα (δονούµενα, περιστροφικά, κόσκινα Mogensen), οι τράπεζες διαχωρισµού (διαχωρισµός µε βάση τη βαρύτητα, την τριβή και την υδραυλική ροή), οι βαλλιστικοί διαχωριστές, οι αεροδιαχωριστές, οι ηλεκτροµαγνητικοί διαχωριστές, οι διαχωριστές µε ρεύµατα Eddy (διαχωρισµός αλουµινίου), οι οπτικοί διαχωριστές και οι διαχωριστές µε επίπλευση αφρού. Παρακάτω παρουσιάζονται οι βασικότερες συσκευές-µηχανήµατα: Χοάνες υποδοχής απορριµµάτων Τοποθετούνται τόσο στην αρχή της γραµµής επεξεργασίας των απορριµµάτων όσο και στα ενδιάµεσα στάδια. Ο χοάνες της αρχικής υποδοχής κατασκευάζονται κυρίως από οπλισµένο σκυρόδεµα µετά από κατάλληλη διαµόρφωση του εδάφους (τάφρος) και των τοιχωµάτων τους, ώστε τα απορρίµµατα να οδηγούνται στον πυθµένα όπου είναι εγκατεστηµένος ταινιόδροµος για την απαγωγή ή µεταφορά τους στο επόµενο στάδιο επεξεργασίας. Το σχήµα της τάφρου αρχικής παραλαβής δε θα έχει τη διατοµή χοάνης αλλά θα είναι µία απλή παραλληλεπίπεδος τάφρος, µόνον όταν η απαγωγή των απορριµµάτων γίνεται µέσω γερανογέφυρας εφοδιασµένης µε µηχανική ή υδραυλική αρπάγη. Οι χοάνες των ενδιάµεσων σταδίων είναι µεταλλικές και φυσικά µικρότερων διαστάσεων. Σχεδόν πάντοτε κατασκευάζονται από συγκολληµένα ελάσµατα θερµής έλασης και στερεώνονται στο µηχανισµό που τροφοδοτούν µε φλάντζες. Εφόσον απαιτείται αυξηµένη µηχανική αντοχή, οι πλευρές της χοάνης µορφοποιούνται µε πρέσες πριν από την τελική συγκόλληση ή ενισχύονται µε νευρώσεις. Θραυστήρες πλαστικών σάκων Τα συστήµατα θραύσεως των σάκων έχουν διαφορές στην κατασκευή τους. Αντιπροσωπευτικότερα είναι το σύστηµα µύλου άλεσης (δε διαφέρει από µύλο παρά στις αυξηµένες ανοχές µεταξύ των περιστρεφόµενων µαχαιριών κοπής ώστε να σχίζεται µόνον ο σάκος και να µην τεµαχίζεται το περιεχόµενο), το σύστηµα παλινδροµικής χτένας (τα δόντια της οριζοντίως παλινδροµούσας χτένας έχουν τέτοιες ανοχές ώστε να σχίζονται µόνον οι 102
σάκοι) και το σύστηµα οδοντοφόρων κυλιοµένων αλυσίδων (οι κυλιόµενες αλυσίδες φέρουν στερεωµένα µεταξύ των αρθρώσεών τους αιχµηρά δόντια). Ταινιόδροµοι (ταινίες µεταφοράς) Αυτός ο τρόπος της µεταφοράς αποτελεί κανόνα, από την αρχή της παραλαβής µέχρι και µετά το τελευταίο στάδιο της επεξεργασίας των απορριµµάτων, όπου οδηγούνται µε τις ταινίες µεταφοράς στα δοχεία συλλογής των υποπροϊόντων ή στον τόπο εναπόθεσης. Οι µεταφορικές ταινίες αποτελούνται από τη µεταλλική κατασκευή έδρασης, τα ελεύθερα περιστρεφόµενα ράουλα-οδηγούς (επάνω στα οποία κινείται η ταινία της οποίας το φορτίο υποβαστάζουν), την ταινία µεταφοράς και το µηχανισµό µετάδοσης της κίνησης. Η ταινία αποτελείται από χαλύβδινα αρθρωτά τµήµατα, συνδεµένα µεταξύ τους µε πείρους, ή από συνθετικό ιµάντα ενισχυµένο µε στρώσεις λινών. Ο µηχανισµός κίνησης αποτελείται συνήθως από ηλεκτροκινητήρα-µειωτήρα-ράουλα κίνησης της ταινίας. Μύλοι (λειοτεµαχιστές) Στις συσκευές αυτές λαµβάνει χώρα λειοτεµαχισµός απορριµµάτων, τα οποία στην έξοδό τους έχουν συγκεκριµένη ογκοµετρική σύσταση που εξαρτάται από το επόµενο επιθυµητό στάδιο επεξεργασίας τους. Υπάρχουν διάφοροι τύποι όπως ο βαλλιστικός µύλος µε διπλό κόσκινο, ο σφυρόµυλος µε διπλό κύλινδρο, ο µύλος πρόσκρουσης, ο µύλος µε µαχαίρια (µύλος-κόπτης), ο µύλος µε µαχαίρια-τύµπανα, ο µύλος µε περιστρεφόµενα ψαλίδια, ο σφαιρόµυλος, ο µύλος σωλήνα τρίφτη, οι διαδοχικοί σφαιρόµυλοι, ο απλός τεµαχιστής και ο κάθετος τεµαχιστής. Οι τύποι αυτοί οµαδοποιούνται περαιτέρω σε δύο γενικές κατηγορίες, εκείνους µε κατακόρυφο άξονα περιστροφής των µαχαιριών και εκείνους µε έναν (µύλοι πρόσκρουσης ή µύλοι µε τύµπανο) ή δύο (σφυρόµυλοι) οριζόντιους άξονες περιστροφής. Σε κάθε περίπτωση υπάρχει ο περιστρεφόµενος άξονας (ένας ή δύο, κατακόρυφος ή οριζόντιος), ο οποίος εδράζεται µέσω ένσφαιρων εδράνων ολίσθησης στα µεταλλικά τοιχώµατα του κελύφους και στον οποίο τοποθετούνται τα µαχαίρια, σφυριά ή οι δίσκοι της άλεσης. Η κίνηση µεταδίδεται στους άξονες είτε απευθείας είτε από µειωτήρα µέσω τροχαλιών και ιµάντων. Η ειδική τεχνολογία στον κάθε λειοτεµαχιστή αφορά στη µορφή του κελύφους (ανοχές µεταξύ των περιστρεφόµενων και των σταθερών µαχαιριών που είναι αναρτηµένα στο κέλυφος και βαλλιστική εξαγωγή των ογκωδών αντικειµένων από ειδική θυρίδα), στο σχεδιασµό των µαχαιριών ή δίσκων (ανοχές µεταξύ αυτών, υπολογισµένες ειδικά για τον τεµαχισµό συγκεκριµένων υλικών και σε συνάρτηση µε την επιθυµητή τελική ογκοµετρική τους σύσταση) και στη µεταλλουργία των διαφόρων εξαρτηµάτων (αντοχή σε µηχανική φθορά και διάβρωση). Μαγνητικοί διαλογείς Με τους ηλεκτροµαγνήτες ή τα µαγνητικά ράουλα επιτυγχάνεται ο διαχωρισµός των µικρών σιδηρούχων αντικειµένων. Ένα συγκρότηµα ηλεκτροµαγνήτη περιλαµβάνει το ηλεκτρολογικό µέρος (αποτελείται συνήθως από περιέλιξη συνδεδεµένη µε συνεχές ρεύµα για τη δηµιουργία του µαγνητικού πεδίου), το µεταλλικό περίβληµα (περιλαµβάνει και την ηλεκτρική µόνωση), τον ατέρµονα σύνθετο ιµάντα (κινείται γύρω από το κιβώτιο του ηλεκτροµαγνήτη) και το µηχανισµό έδρασης και κίνησης αυτού (αποτελείται από 3-4 µεταλλικά ράουλα, τη φέρουσα µεταλλική κατασκευή έδρασης των ραούλων και των µειωτήρα µετάδοσης κίνησης σε συνήθως ένα από αυτά). Στην περίπτωση µαγνητικών ραούλων ο διαχωρισµός των µεταλλικών αντικειµένων γίνεται στο τέλος των ταινιόδροµων µεταφοράς, τοποθετώντας στη θέση του ραούλου έλξης ένα ράουλο κατασκευασµένο από δίσκους µονίµου µαγνήτη. Με τον τρόπο αυτό, ενώ το ράουλο περιστρέφεται έλκοντας την ταινία, συγχρόνως έλκει τα σιδηρούχα που µένουν προσκολληµένα σε αυτήν µέχρις ότου αυτή τα αποµακρύνει από το µαγνητικό πεδίο του ραούλου. Τότε αυτά αποκολλώνται και πέφτουν σε κάδο συλλογής, διαχωριζόµενα µε τον τρόπο αυτό από το υπόλοιπο ρεύµα. Κόσκινα Με τα µηχανικά κόσκινα επιτυγχάνεται η ταξινόµηση των υλικών σε οµάδες ανάλογα µε το µέγεθος. Υπάρχουν διάφοροι τύποι όπως το κόσκινο δόνησης, το κόσκινο τύµπανου 103
ανάµιξης-οµογενοποίησης και το απλό κόσκινο τύµπανου. Τα δονητικά κόσκινα είναι έτσι κατασκευασµένα ώστε οι δονήσεις να είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένες σε όλη την επιφάνεια για να επιτυγχάνεται σωστή επιστρωµάτωση του υλικού. Η κίνηση επιτυγχάνεται µέσω του κινητήρα ιµάντων-τροχαλιών ή απευθείας µε σύζευξη (συµπλέκτης). Το κόσκινο στηρίζεται στο βασικό πλαίσιο και στα ελατήρια. Η δόνηση, ο αριθµός των ταλαντώσεων και η γωνία του κόσκινου ορίζονται ανάλογα µε το υλικό. Μεταξύ έδρασης και κόσκινου υπάρχουν αποσβεστικά ελατήρια υψηλής αντοχής. Για τον καθαρισµό του κόσκινου χρησιµοποιείται ειδική βούρτσα. Το περιστροφικό κόσκινο είναι η συνηθισµένη µορφή πρωτογενούς κοσκινίσµατος. Κύριο χαρακτηριστικό του είναι το τύµπανο (κύλινδρος). Οι βασικές παράµετροι σχεδιασµού είναι η διάµετρος, η ταχύτητα περιστροφής, το µήκος της εσχάρας, το µέγεθος και το σχήµα της οπής. Τα απορρίµµατα, αφού πέσουν στον κύλινδρο, κυλίονται κατά µήκος της επιφάνειας της εσχάρας, στην αρχή µε µικρή ταχύτητα περιστροφής, η οποία όµως µεγαλώνει έως ότου φθάσει στην "κρίσιµη ταχύτητα" περιστροφής. ιαχωριστές Υπάρχουν διάφοροι τύποι διαχωριστών όπως ο ζικ-ζακ αεροδιαχωριστήρας, ο περιστρεφόµενος αεροδιαχωριστήρας, ο απλός αεροδιαχωριστήρας, ο βαλλιστικός διαχωριστήρας, ο ηλεκτροµαγνητικός αεροδιαχωριστήρας ιµάντα, το µαγνητικό τύµπανο, το ηλεκτροµαγνητικό τύµπανο και ο οπτικός διαχωριστήρας. Στους βαλλιστικούς διαχωριστές συνήθως διαχωρίζονται τα οργανικά από τα ανόργανα µέρη. Οι βαλλιστικοί διαχωριστές ουσιαστικά αποτελούνται από τη χοάνη τροφοδοσίας του µύλου, το βαλλιστικό µύλο, τα διαφράγµατα και τις χοάνες διαχωρισµού των υλικών και τη φέρουσα κατασκευή. Ο βαλλιστικός µύλος αποτελείται από έναν περιστρεφόµενο άξονα που εδράζεται σε έδρανα εγκατεστηµένα στις φωλιές του συνήθως χυτοσιδηρού κελύφους και επί του οποίου είναι τοποθετηµένα δύο χαλύβδινα πτερύγια που προκαλούν την εκτόξευση των τεµαχίων. Η κίνηση µεταδίδεται στον άξονα από ηλεκτροκινητήρα µε µειωτήρα, τροχαλίες και ιµάντα. Μία εγκατάσταση αεροδιαχωρισµού περιλαµβάνει ουσιαστικά τον ανεµιστήρα, τους αεραγωγούς και το φυγοκεντρικό διαχωριστή (κυκλώνιο). Ο χρησιµοποιούµενος ανεµιστήρας είναι συνήθως φυγοκεντρικός. Οι αεραγωγοί κατασκευάζονται συνήθως από γαλβανισµένη λαµαρίνα θερµής έλασης. Επειδή ο αεροδιαχωρισµός των υλικών γίνεται πρώτα στους αεραγωγούς και κατόπιν στο κυκλώνιο, η ιδιαιτερότητα των χρησιµοποιούµενων και δοκιµαζόµενων τεχνολογιών έγκειται κυρίως στο σχεδιασµό των αεραγωγών. Συνήθως καθορίζεται ένα σχήµα "ζικ-ζακ" στα κατακόρυφα τµήµατά τους, γιατί η διαδροµή αυτή προκαλεί την ταχύτερη απώλεια της κινητικής ενέργειας των βαρύτερων αντικειµένων και συνήθως την κατακρήµνισή τους επιτυγχάνοντας καλύτερο διαχωρισµό των υλικών. Στο κυκλώνιο επιτυγχάνεται πλήρης απαλλαγή του αέρα από τα εκεί πνευµατικώς µεταφερθέντα στερεά και το ρεύµα αέρα οδηγείται πίσω στον κύκλο του ή απορρίπτεται στην ατµόσφαιρα. 4.2. Λιπασµατοποίηση 4.2.1. Γενικά Υπάρχουν διάφορες βιολογικές και χηµικές διαδικασίες που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τη µετατροπή του οργανικού κλάσµατος των αστικών απορριµµάτων σε ένα εναλλακτικό αέριο, υγρό ή στερεό τελικό προϊόν. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι βιολογικές διαδικασίες στις οποίες περιλαµβάνονται η αερόβια και αναερόβια λιπασµατοποίηση και διάφοροι συνδυασµοί αυτών. Η λιπασµατοποίηση (κοµποστοποίηση ή βιοσταθεροποίηση) είναι µία ρυθµιζόµενη διάσπαση ή αδρανοποίηση των οργανικών ενώσεων των απορριµµάτων, από την οποία σε τελική φάση προκύπτουν µε τη βοήθεια µικροοργανισµών: 104
Χούµους (humus), δηλ. ένα ΒΕ που ονοµάζεται κοµπόστ, καθώς επίσης CO 2 και H 2 O (στην περίπτωση αερόβιας). CH 4 (µεθανογένεση), καθώς επίσης CO 2 και λάσπη (στην περίπτωση αναερόβιας). Στην πολύπλοκη αυτή βιοχηµική διαδικασία λαµβάνουν µέρος διάφοροι µικροοργανισµοί (βακτήρια, µύκητες και πρωτόζωα), η δραστηριότητα των οποίων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως την αναλογία C/N (ο άνθρακας αποτελεί πηγή ενέργειας και το άζωτο τροφή των µικροοργανισµών), την υγρασία των απορριµµάτων (η τροφή των µικροοργανισµών είναι πάντα σε υδάτινη µορφή), το διαθέσιµο οξυγόνο (αερόβια ζύµωση), το ph και τη θερµοκρασία. Το προϊόν της λιπασµατοποίησης λέγεται βελτιωτικό εδάφους (ΒΕ) και πρέπει να είναι απαλλαγµένο από ογκώδη αντικείµενα, πλαστικά, γυαλί, βαρέα µέταλλα και παθογόνους µικροοργανισµούς. Το ΒΕ µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε καλλιέργειες (όπως αµπελουργία, ανθοκοµία, δενδροκοµία κ.λπ.) αυξάνοντας την παραγωγή καθώς εµπλουτίζει το έδαφος µε θρεπτικές ουσίες, αυξάνει το πορώδες του, δηµιουργεί ευνοϊκές συνθήκες αερισµού και κατακρατεί την υγρασία. Ο Μ είναι µία αρκετά δαπανηρή µέθοδος και παρουσιάζει συχνά προβλήµατα στην πώληση των ανακτώµενων υλικών, είτε λόγω της µη καθαρότητάς τους, είτε λόγω της περιεκτικότητάς τους σε βαρέα µέταλλα. Προς την κατανόηση των µηχανισµών της κοµποστοποίησης θεωρείται σκόπιµο να αναφερθούν κάποιες βασικές βιολογικές αρχές και να γίνει περιγραφή των βασικών µικροοργανισµών που συµµετέχουν στην κοµποστοποίηση. 4.2.2. Μικροοργανισµοί λιπασµατοποίησης 4.2.2.1. Περιγραφή Ο όρος "µικροοργανισµοί" δεν καθορίζει κάποια ιδιαίτερη οµάδα έµβιων όντων, αλλά περιγράφει ένα ορισµένο τύπο οργανισµών, που περιλαµβάνει εκτός από τους µονοκύτταρους και πολυκύτταρους, που αποτελούνται κυρίως από ένα είδος κυττάρων χωρίς διαφοροποίηση. ιερευνώντας τη χηµική και µικροσκοπική οργάνωσή τους από µια ευρύτερη σκοπιά, διαπιστώνεται ότι όλοι οι µικροοργανισµοί έχουν: Κοινή χηµική σύνθεση µε πιο χαρακτηριστική την παρουσία διαφόρων ειδών µεγαλοµορίων π.χ. πολυσακχαρίτες κλπ.. Κοινή φυσική δοµή αφού κοινή δοµική µονάδα όλων είναι το κύτταρο. Επιτελούν ορισµένες κοινές χηµικές αντιδράσεις γνωστές µε το όνοµα µεταβολική δραστηριότητα. Υπάρχουν βέβαια πολλές διαφορές στο µεταβολισµό των διαφόρων µικροοργανισµών. Παρ' όλα αυτά είναι όλοι σε θέση να συνθέσουν τη ζώσα ύλη από τα υλικά που παίρνουν από το εξωτερικό περιβάλλον τους και διέπονται από τις ίδιες βιολογικές αρχές (Σαρρής κ.ά., 1986). 4.2.2.2. ιατροφικές απαιτήσεις για την ανάπτυξη των µικροοργανισµών Για να αναπτυχθούν οι µικροοργανισµοί πρέπει να πάρουν από το περιβάλλον τους τις ουσίες που απαιτούνται για τη σύνθεση των κυτταρικών τους συστατικών και την παραγωγή ενέργειας. Αυτές οι ουσίες αποτελούν τα θρεπτικά συστατικά και είναι τόσο ανόργανα όσο και οργανικά. Οι βασικές ανάγκες ανάπτυξης των µικροοργανισµών προκύπτουν από τη χηµική σύνθεση των κυττάρων, που είναι λίγο πολύ σταθερή στον έµβιο κόσµο. Το 80-90% του ολικού κυτταρικού βάρους είναι νερό. Συνεπώς το νερό αποτελεί βασικό στοιχείο στη διατροφή των 105
µικροοργανισµών. Εκτός από το υδρογόνο και το οξυγόνο, τα βασικά ανόργανα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονται οι µικροοργανισµοί είναι: άνθρακας, άζωτο, φώσφορος και θείο (σε µειωµένες ποσότητες). Τα παραπάνω στοιχεία αποτελούν το 95% του ξηρού βάρους του κυττάρου. Το υπόλοιπο 5% αποτελείται από τα στοιχεία: κάλιο, µαγνήσιο, ασβέστιο, σίδηρο, νάτριο και χλώριο κατά κύριο λόγο, όπως επίσης από ψευδάργυρο, µαγγάνιο, µολυβδαίνιο, σελήνιο, κοβάλτιο και βολφράµιο κατά δεύτερο. Τα στοιχεία αυτά µπορούν επίσης να βρίσκονται µε τη µορφή ανόργανων αλάτων. Τα οργανικά θρεπτικά συστατικά, που απαιτούνται από τους µικροοργανισµούς, είναι ενώσεις απαραίτητες για τη σύνθεση του οργανικού υλικού του κυττάρου, που δε µπορεί να συντεθεί από άλλες πηγές άνθρακα. Οι τρεις µεγάλες κατηγορίες οργανικών θρεπτικών συστατικών είναι: α) τα αµινοξέα (amino acids), β) οι πουρίνες (purines) και οι πυρηµιδίνες (pyrimidines) και οι γ) βιταµίνες (vitamins). Το οργανικό κλάσµα των αστικών απορριµµάτων συνήθως περιέχει επαρκείς ποσότητες θρεπτικών συστατικών για να υποστηρίξουν τη βιολογική διαδικασία µετατροπής. ιαφορετικά πρέπει να γίνεται κατάλληλος εµπλουτισµός (Τσοµπάνογλου κ.ά., 1993). 4.2.2.3. Θρεπτικές κατηγορίες µικροοργανισµών Προκειµένου να συνεχίσει να αναπαράγεται και να λειτουργεί κατάλληλα ένας µικροοργανισµός πρέπει εκτός από τα θρεπτικά συστατικά να αντλεί ενέργεια και άνθρακα για τη σύνθεση νέου κυτταρικού πλέγµατος. Όσον αφορά τον άνθρακα οι οργανισµοί ενδέχεται να χρησιµοποιούν προϋπάρχοντα οργανικό άνθρακα (οπότε να τον παίρνουν υποχρεωτικά από µια οργανική ένωση) ή να τον παίρνουν από το CO 2, οπότε και αποκαλούνται αντίστοιχα ετερότροφοι και αυτότροφοι. Όσον αφορά στην ενέργεια, που χρειάζονται οι µικροοργανισµοί, αυτή µπορεί να προέρχεται από το φως ή από χηµική οξειδωτική αντίδραση (δηλ. από χηµικές ενώσεις), οπότε και οι οργανισµοί αποκαλούνται αντίστοιχα φωτότροφοι και χηµειότροφοι). Σε συνδυασµό µε τα παραπάνω προκύπτει η γενική ταξινόµηση των µικροοργανισµών που παρουσιάζεται στον Πίνακα 14. Πίνακας 14. Γενική ταξινόµηση των µικροοργανισµών µε βάση την πηγή ενέργειας και άνθρακα (Σαρρής κ.ά., 1986 και Τσοµπάνογλου κ.ά., 1993). Είδος οργανισµών ΑΥΤΟΤΡΟΦΟΙ Πηγή ενέργειας Πηγή Άνθρακα Οργανισµοί Φωτοαυτότροφοι Φως CO 2 Ανώτερα φυτά, ευκαρυωτικά φύκη, θειοβακτήρια. Χηµειοαυτότροφοι ΕΤΕΡΟΤΡΟΦΟΙ Χηµειοετερότροφοι Ανόργανηοξειδ.αντίδραση (χηµικές ενώσεις) Οργανική οξειδ.αντίδραση (χηµικές ενώσεις) CO 2 Οργανικές ενώσεις Φωτοετερότροφοι Φως Οργανικές ενώσεις Ανώτερα ζώα, πρωτόζωα, µύκητες, βακτήρια. Ερυθροβακτήρια, ευκαρυωτικά φύκη. 106
Η κατηγορία των χηµειοετερότροφων οργανισµών χαρακτηρίζεται από το ό,τι δεν ισχύει σ αυτήν η διαίρεση πηγής ενέργειας και άνθρακα, αφού η ίδια οργανική ένωση µπορεί να προσφέρει την ενέργεια και τον άνθρακα που χρειάζονται οι οργανισµοί της κατηγορίας αυτής. Το κύριο χαρακτηριστικό των περισσοτέρων βιολογικών διαδικασιών µετατροπής είναι η µετατροπή του οργανικού µέρους των απορριµµάτων σε ένα σταθερό τελικό προϊόν. Συνεπώς, σε µια βιολογική διαδικασία µετατροπής, πρωταρχικής σηµασίας είναι οι χηµειοετερότροφοι οργανισµοί που απαιτούν οργανικές ενώσεις, τόσο ως πηγή άνθρακα όσο και ως πηγή ενέργειας. 4.2.2.4. Τύποι µικροβιολογικού µεταβολισµού Ο µεταβολισµός των µικροοργανισµών για πρακτικούς λόγους διακρίνεται µε βάση τη λειτουργία του α) στο βιοσυνθετικό µεταβολισµό στον οποίο οι ουσίες, που παίρνει ο µικροοργανισµός από το περιβάλλον του, µετατρέπονται από τον ίδιο σε δοµικά στοιχεία και σε ειδικά µακροµόρια του κυττάρου και β) στον ενεργειακό, που προµηθεύει την ενέργεια, η οποία καταναλώνεται στον πρώτο τύπο µεταβολισµού. Ουσιαστικά οι δυο τύποι µεταβολισµού δεν είναι ξεχωριστοί, γιατί πολλές αντιδράσεις και ενδιάµεσα προϊόντα είναι κοινά και στους δύο. Ο ενεργειακός µεταβολισµός ανάλογα µε τη φύση των βιολογικών οξειδώσεων που παρέχουν την απαιτούµενη ενέργεια διακρίνεται σε (α) αναπνευστικό και (β) ζυµώσιµο. Στον αερόβιο (respiratory metabolism) µεταβολισµό κυριαρχούν µικροοργανισµοί που έχουν ανάγκη σε µοριακό οξυγόνο και λέγονται απόλυτα αερόβιοι. Αυτοί αντλούν τις ενεργειακές τους ανάγκες από την αερόβια αναπνοή στην οποία το µοριακό οξυγόνο λειτουργεί ως τελικός οξειδωτικός παράγοντας, δηλ. ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι το οξυγόνο. Στον αναερόβιο (fermentative metabolism) µεταβολισµό κυριαρχούν µικροοργανισµοί που αναπτύσσονται µόνο απουσία οξυγόνου και λέγονται απόλυτα αναερόβιοι. Αυτοί αντλούν την ενέργειά τους από αντιδράσεις που δε χρησιµοποιούν οξυγόνο. Πιο συγκεκριµένα ως τελικοί δέκτες ηλεκτρονίων χρησιµεύουν εδώ οργανικές ουσίες, όπως το γαλακτικό οξύ ή µίγµα γαλακτικού, οξικού, µυρµηγκικού, και ηλεκτρικού οξέος. Συγχρόνως παράγεται CO 2 και µερικές φορές H 2. Εκτός από τους απόλυτα αερόβιους και αναερόβιους µικροοργανισµούς υπάρχουν και άλλοι που µπορούν να καλλιεργηθούν τόσο σε αερόβιες όσο και αναερόβιες συνθήκες και ονοµάζονται αεροαναερόβιοι ή προαιρετικά αναερόβιοι ή ικανοί αερόβιοι. Τέλος υπάρχει και µια κατηγορία µικροοργανισµών που ονοµάζονται µικροαερόφιλοι και αναπτύσσονται καλύτερα παρουσία οξυγόνου µειωµένης τάσης και σε ατµόσφαιρα εµπλουτισµένη µε CO 2. 4.2.2.5. Ταξινόµηση των µικροοργανισµών Γενικά οι µικροοργανισµοί διακρίνονται ανάλογα µε την κυτταρική δοµή και τη λειτουργία τους σε προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς. Τα κύτταρα των φυτών και των ζώων που έχουν σχεδόν παρόµοια κατασκευή µε τα πρωτόζωα, τους µύκητες και τα φύκη ονοµάζονται ευκαρυωτικά. Τα βακτήρια που έχουν µια πιο απλή και αρχέγονη κυτταρική δοµή ονοµάζονται προκαρυωτικά. Οι βασικές διαφορές µεταξύ ευκαρυωτικού και προκαρυωτικού κυττάρου αναφέρονται ενδεικτικά στον Πίνακα 15. Οι µικροοργανισµοί που παίζουν σηµαντικό ρόλο στη βιολογική αποδόµηση του οργανικού κλάσµατος των απορριµµάτων είναι: - Από τους προκαρυωτικούς: Τα βακτήρια -Από τους ευκαρυωτικούς: Τα φούνγκι, οι προζύµες και οι ακτινοµύκητες. Παρακάτω ακολουθεί µια σύντοµη περιγραφή αυτών. 107
Πίνακας 15. Βασικές διαφορές µεταξύ ευκαρυωτικού - προκαρυωτικού κυττάρου (Σαρρής κ.ά., 1986). ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ Πυρηνική µεµβράνη - + Μιτωτική διαίρεση - + Αριθµός χρωµατοσωµάτων 1(;) >1 Κυτταροπλασµατικά ρεύµατα - - ή + Μιτοχόνδρια - + Χλωροπλάστες - - ή + Κινητικά όργανα Βλεφαρίδες βακτηριακές κ.α Μαστίγια,Βλεφαρίδες κ.ά. Αµοιβαδοειδείς κινήσεις - - ή + 4.2.2.6. Περιγραφή βασικών µικροοργανισµών Βακτήρια: Τα βακτήρια είναι µονοκύτταροι οργανισµοί, σφαιρικοί, επιµήκεις ή ελικοειδείς. Οι σφαιρικοί σχηµατισµοί (cocci) έχουν διάµετρο 0,5-4 µm. Οι επιµήκεις (bacilli) έχουν µήκος 0,5-20 µ και πλάτος 0,5-4 µm. Οι ελικοειδείς (spirilla), έχουν µήκος µεγαλύτερο από 10 µm και πλάτος περίπου 0,5 µm. Τα βακτήρια τα συναντούµε παντού στη φύση και συνεπώς και στην κοµποστοποίηση. Τα βακτήρια αποτελούνται κατά 80% από νερό και 20% από ξηρό υλικό, από το οποίο 90% είναι οργανικό και 10% ανόργανο. Ένας προσεγγιστικός εµπειρικός τύπος για το οργανικό µέρος είναι ο C 5 H 7 NO 2, απ όπου φαίνεται ότι το 53% του βάρους του είναι C. Χηµικές ενώσεις που συνθέτουν το ανόργανο µέρος είναι: P 2 O 5 (50%), CaO (9%), Na 2 O (11%), MgΟ (8%), K 2 O (6%), Fe 2 O 3 (1%). Όλα αυτά τα στοιχεία και τις ενώσεις τα βακτήρια τις παίρνουν από το περιβάλλον τους και τυχόν έλλειψη αυτών περιορίζει και µερικές φορές µεταβάλλει την ανάπτυξη των βακτηρίων (Τσοµπάνογλου κ.ά., 1993). Φούνγκι: Τα φούνγκι είναι πολυκυτταρικά, µη φωτοσυνθετικά, ετερότροφα πρωτόζωα. Τα περισσότερα µπορούν και αναπτύσσονται κάτω από συνθήκες χαµηλής υγρασίας κάτι που δε συµβαίνει µε τα βακτήρια. Αντέχουν σε σχετικά χαµηλές τιµές του ph. Το βέλτιστο ph για τα περισσότερα είδη φούνγκι είναι 5,6. Ο µεταβολισµός αυτών των οργανισµών είναι βασικά αεροβικός, αναπτύσσονται σε µακρύ λεπτό νήµα συνθέτοντας πυρηνικές κυτταρικές µονάδες και έχουν ένα πλάτος από 4 έως 20 µm (Παπακοσµά, 1995). Προζύµες: Οι προζύµες είναι φούνγκι που δε µπορούν να αναπτυχθούν σε λεπτό νήµα. Συνεπώς είναι µονοκύτταροι οργανισµοί. Μερικά έχουν ελλειπτικό κύτταρο διαστάσεων 8-5 µm και 3-5 µm ενώ άλλα σφαιρικό διαµέτρου 8-12 µm (Παπακοσµά, 1995). Ακτινοµύκητες: Οι ακτινοµύκητες είναι οργανισµοί που έχουν χαρακτηριστικά µεταξύ βακτηρίων και φούνγκι. Στο σχήµα µοιάζουν τα φούνγκι µόνο που το πλάτος του κυττάρου είναι 0,5-1,4 µm (Παπακοσµά, 1995). 4.2.2.7. Παράµετροι που είναι σηµαντικές για τη ζύµωση και την ανάπτυξη των µικροοργανισµών Η βιολογική µετατροπή ενός οργανικού κλάσµατος απαιτεί το βιολογικό σύστηµα να βρίσκεται σε µια δυναµική ισορροπία. Για να δηµιουργηθεί και να διατηρηθεί αυτή, πρέπει το περιβάλλον να είναι ελεύθερο από ασυνήθιστες συγκεντρώσεις βαρέων µετάλλων, αµµωνίας, σουλφιδίων και άλλων τοξικών παραγόντων. 108
Η θερµοκρασία (Θ), το ΡΗ και η υγρασία του περιβάλλοντος είναι οι πιο σηµαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη των µικροοργανισµών. Γενικά βέλτιστη ανάπτυξη συµβαίνει όταν η Θ και το ΡΗ κυµαίνονται σε µια µικρή κλίµακα τιµών. Θερµοκρασία: Χαρακτηριστικό για τη θερµοκρασία είναι ότι καθώς η Θ αυξάνεται, κάθε 10 C διπλασιάζεται ο ρυθµός ανάπτυξης µέχρις ότου επιτευχθεί η βέλτιστη Θ. Θερµοκρασίες µεγαλύτερες από τη βέλτιστη δεν επηρεάζουν σε σηµαντικό βαθµό το ρυθµό ανάπτυξης. H µέγιστη θερµοκρασία που επιτρέπεται να αναπτυχθεί ώστε να µη σκοτωθούν τα µικρόβια είναι 55-60 0 C. Η αύξηση της Θ οφείλεται σε εξώθερµες αντιδράσεις που συνδέονται µε τον αερόβιο µεταβολισµό. Η Θ είναι παράγοντας που εξασφαλίζει την ανάπτυξη της µικροχλωρίδας και την εξαφάνιση των διαφόρων παθογόνων µικροοργανισµών και σπόρων ανεπιθύµητων ζιζανίων και φυτών. Ανάλογα µε τη θερµοκρασία στην οποία λειτουργούν καλύτερα οι µικροοργανισµοί, διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες. Συγκεκριµένα τα βακτήρια διακρίνονται όπως φαίνεται στον Πίνακα 16 (Τσοµπάνογλου κ.ά., 1993). Πίνακας 16. Θερµοκρασίες λειτουργίας διαφόρων βακτηρίων (Τσοµπάνογλου κ.ά., 1993). ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Περιοχή Θ λειτουργίας [ C ] Βέλτιστη Θ λειτουργίας [ C] Ψυχροφυλικά -10-30 15 Μεσοφυλικά 20 50 35 Θερµοφυλικα 45 75 55 ph: Το ph πρέπει να βρίσκεται στην περιοχή 6 έως 9. Βέλτιστη τιµή του ph για την ανάπτυξη των βακτηρίων είναι αυτή µεταξύ 6.5-7.5. Όταν το ph παίρνει τιµές µεγαλύτερες του 9 ή µικρότερες του 4.5 τότε µόρια ασθενών οξέων και βάσεων εισέρχονται στο κύτταρο πιο εύκολα από ότι τα ιόντα υδρογόνου και υδροξειδίου, µεταβάλλουν το εσωτερικό ph του κυττάρου και καταστρέφουν το κύτταρο. Υγρασία: Η υγρασία επηρεάζει σηµαντικά την ανάπτυξη των µικροοργανισµών. Γι αυτό πρέπει να είναι γνωστό το περιεχόµενο υγρασίας του οργανικού κλάσµατος που πρόκειται να µετατραπεί, ειδικά όταν πρόκειται για µια ξηρή διαδικασία όπως αυτή της κοµποστοποίησης. Πολλές φορές απαιτείται η προσθήκη νερού για την επίτευξη βέλτιστης υγρασίας. Όταν η υγρασία είναι πολύ µικρή, οι µικροοργανισµοί που είναι απαραίτητοι για τη ζύµωση δε µπορούν να αναπτυχθούν. Αντίθετα, όταν η υγρασία είναι πολύ µεγάλη, τότε δεν υπάρχει η απαιτούµενη επαφή µε το οξυγόνο που επίσης είναι απαραίτητο για τη ζύµωση. Ως ακραία όρια µπορούµε να θεωρήσουµε το 30-70%. Η βέλτιστη τιµή της για αερόβια κοµποστοποίηση είναι µεταξύ 50-60%. Μπορεί να ρυθµιστεί µε ανάµειξη συστατικών ή µε προσθήκη νερού. Πτώση κάτω από 40% επιβραδύνει το βαθµό κοµποστοποίησης, ενώ υπερβολική αύξηση σε επίπεδα, ώστε ο αέρας που υπάρχει στο βελτιωτικό να αντικατασταθεί µε νερό, δηµιουργεί αναερόβιες συνθήκες συνοδευόµενες πάντα από δυσοσµία και παύση της κοµποστοποίησης. Λόγος C/N 1 : Ο λόγος C/N είναι πολύ σηµαντικός παράγοντας γιατί επηρεάζει την ταχύτητα της βιολογικής αντίδρασης των υλικών. Βέλτιστες τιµές του λόγου είναι 20/1-30/1 για το φρέσκο οργανικό κλάσµα και σταδιακά µειώνεται καθώς η κοµποστοποίηση προχωρά. Στο 1 Yπάρχουν και κάποια άλλα ιχνοστοιχεία που είναι σηµαντικά όπως το µαγνήσιο, θείο, ασβέστιο, κάλιο κ.λπ 109
ώριµο ΒΕ ο λόγος C/N είναι 12:1. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι οι ιλείς έχουν χαµηλό λόγο C/N, ενώ τα απορρίµµατα κήπου (φύλλα, εφηµερίδες) έχουν σχετικά υψηλό. Γενικά οι διάφοροι µικροοργανισµοί που αναπτύσσονται στα οργανικά υλικά χρησιµοποιούν µόνο το 1/3 (µέχρι 1/2) του συνολικού C (ως µεταβολιζόµενο C), ενώ το υπόλοιπο αποβάλλεται στην ατµόσφαιρα ως CΟ 2. Επίσης για να αναπτυχθούν οι µικροοργανισµοί πρέπει να τραφούν. Συνεπώς είναι απαραίτητη η παρουσία Ν 2 (θρεπτικό συστατικό) στο προς κοµποστοποίηση υλικό για να τροφοδοτήσει τους µικροοργανισµούς και µάλιστα σε αναλογία 10 µέρη µεταβολιζόµενου C προς 1 µέρος Ν 2. Βάσει αυτών προκύπτει ότι η βέλτιστη σχέση αναλογίας C/Ν (όπου C είναι ο συνολικός) είναι 30/1 µέχρι 20/1. Aν ο λόγος είναι µεγάλος π.χ. 40-50 µπορεί να προστεθεί άζωτο ώστε να γίνει η λιπασµατοποίηση. Mία καλή λύση είναι να προστίθεται σε απορρίµµατα φτωχά σε άζωτο η λάσπη από τους βιολογικούς καθαρισµούς. Λόγος C/P: Ο λόγος C/P µπορεί να κυµαίνεται από 75/1 έως 150/1. Αερισµός: Είναι σηµαντικός για την εξασφάλιση αερόβιων συνθηκών. Η περιεκτικότητα του Ο 2 στον ατµοσφαιρικό αέρα στο υλικό που ζυµώνεται δεν πρέπει να πέσει κάτω του 5%. Η ανεπάρκεια αέρα οδηγεί σε αναερόβιες συνθήκες και οσµές, ενώ ο πολύ έντονος αερισµός έχει ως αποτέλεσµα την πρόωρη ψύξη του υλικού. O αερισµός είναι πολύ σηµαντικός για τη λιπασµατοποίηση και µπορεί να λάβει χώρα µε: α) Γύρισµα των απορριµµάτων. β) Συνεχή ανάδευση. γ) Εισαγωγή αέρα µέσω διάτρητων σωλήνων. Καιρικές συνθήκες: Oι ισχυροί κρύοι άνεµοι καθώς και οι πολλές βροχοπτώσεις είναι παράγοντες που επιδρούν επιβαρυντικά. Κοκκοµετρία: H ζύµωση γίνεται καλύτερα στα θραυσµένα απορρίµµατα λόγω της µεγαλύτερης επιφάνειας προσβολής που παρουσιάζεται στα µικρόβια. Τα περισσότερα υλικά του οργανικού κλάσµατος των αστικών απορριµµάτων έχουν ακανόνιστο σχήµα. Γι'αυτό πάντα προηγείται τεµαχισµός. Το µέγεθος των σωµατιδίων καθορίζει τη διαθέσιµη συνολική επιφάνεια που προσφέρεται στους µικροοργανισµούς για προσβολή. Επίσης επηρεάζει τις συγκρατούµενες από το υλικό ποσότητες νερού και αέρα κατά τη ζύµωση. Ενδείκνυται το µέγεθος των σωµατιδίων να είναι µικρότερο από 5 cm. Ανάδευση: Η ανάδευση έχει 2 κύριους σκοπούς. Ο 1 ος είναι ότι αρχικά συµβάλλει στην επίτευξη βέλτιστου περιεχοµένου υγρασίας και οµοιογένειας στη µάζα του υλικού. Ο 2 ος είναι ότι κατά τη διάρκεια της κοµποστοποίησης η περιοδική ανάδευση βοηθά στη διατήρηση αερόβιων συνθηκών ζύµωσης. Η συχνότητα ανάδευσης εξαρτάται από το είδος της εγκατάστασης. Αναµίξεις και προσθήκες: Οι παράµετροι αυτοί επηρεάζουν το λόγο C/N και το περιεχόµενο υγρασίας των αστικών απορριµµάτων. Αν π.χ. το οργανικό κλάσµα είναι φτωχό σε Ν 2, τότε γίνεται ανάµειξη µε ιλύ από βιολογικό καθαρισµό. Οι προσθήκες αναφέρονται στους µικροοργανισµούς, που τυχόν πρέπει να προστεθούν για να ολοκληρωθεί η αποσύνθεση γρηγορότερα. Έλεγχος παθογόνων οργανισµών: Η καταστροφή των παθογόνων οργανισµών είναι σηµαντικό στοιχείο στην παραγωγή του κοµπόστ. Η εξαφάνισή τους είναι συνάρτηση του χρόνου και της Θ. Οι περισσότεροι παθογόνοι οργανισµοί καταστρέφονται ακαριαία, όταν η Θ σ'όλο το σωρό ανέλθει στους 55 C. Μόνο µερικοί µπορούν να επιβιώσουν σε Θ>67 C και αυτοί για λίγο χρόνο. Ολοκληρωτική εξαφάνιση αυτών επιτυγχάνεται µε παραµονή των κοµποστοποιηµένων απορριµµάτων σε 70 C για 1-2 ώρες. Βαθµός αποσύνθεσης: εν υπάρχει καµία κατάλληλη µεθοδολογία ικανή να µετρήσει το βαθµό αποσύνθεσης. Παρόλα αυτά έχουν προταθεί διάφορες µεθοδολογίες: Μια γρήγορη 110
εκτίµηση του βαθµού αποσύνθεσης δίνουν η εργαστηριακή ανάλυση της ανάγκης σε χηµικό Ο 2 (OD) και το τεστ της λιγνίνης. Μια χαµηλή τιµή COD και ένα υψηλό περιεχόµενο σε λιγνίνη (περισσότερο από 30%) είναι ενδεικτικά ενός σταθερού, ώριµου κοµπόστ. Στο ώριµο βελτιωτικό ο λόγος C/N είναι 12/1. Έλεγχος οσµών: Τα προβλήµατα οσµών έχουν σχέση µε τη δηµιουργία αναεροβικών συνθηκών µέσα στο σωρό του κοµπόστ. Πολλές φορές στο σωρό του ζυµώσιµου κλάσµατος βρίσκονται κοµµάτια περιοδικών, βιβλίων, πλαστικών που δε µπορούν να αποδοµηθούν σε σχετικά σύντοµο χρόνο. Επιπλέον, επειδή δεν υπάρχει αρκετό Ο 2 στο κέντρο τέτοιων υλικών, αναπτύσσονται αναερόβιες συνθήκες. Τότε παράγονται οργανικά οξέα, πολλά από τα οποία έχουν εξαιρετικές οσµές. Άλλα αίτια δηµιουργίας οσµών είναι ο χαµηλός λόγος C/N, η υπερβολική υγρασία, η µη ικανοποιητική ανάδευση και ο ανεπαρκής έλεγχος της θερµοκρασίας. Για να µειωθούν τα προβλήµατα οσµών ενδείκνυται: Μείωση του µεγέθους των σωµατιδίων. Αποµάκρυνση πλαστικών και άλλων µη βιοαποικοδοµήσιµων υλικών από το οργανικό κλάσµα που πρόκειται να κοµποστοποιηθεί. Χρήση απορριµµάτων προερχόµενων από σπ, ώστε τα απορρίµµατα να διακρίνονται από µεγαλύτερη οµοιοµορφία και να παρουσιάζουν τον ίδιο ρυθµό αποδόµησης. Επαρκής ανάδευση και έλεγχο της θερµοκρασίας. Ρύθµιση της υγρασίας και του λόγου C/N (προσθέτοντας ξηρό οργανικό υλικό π.χ. ξερά φύλλα, µικρά ξύλινα κοµµάτια). Εδαφικές απαιτήσεις. Η απαιτούµενη έκταση για την εγκατάσταση µιας µονάδας παραγωγής ΒΕ είναι ένα σηµαντικό στοιχείο που πρέπει να ληφθεί υπ όψη. Στον Πίνακα 17 δίνονται οι βέλτιστες τιµές των βασικών παραµέτρων. Πίνακας 17. Βέλτιστες τιµές βασικών παραµέτρων του προς κοµποστοποίηση υλικού (Παπαχρήστου κ.ά., 1987 καιτσοµπάνογλου κ.ά., 1993). Μέγεθος σωµατιδίων Λόγος C/N (τροφοδοσία) <30/1 Λόγος C/P (τροφοδοσία) 75-150/1 Αναµίξεις και προσθήκες 1-3 in(25-75 mm) 0,5-1,5 in για ανάδευση και αερισµό 1,5-3 in για φυσικό αερισµό χωρίς ανάδ. µέχρι 1-5% κατά βάρος Περιεχόµενο υγρασίας 50-60%(ή 45-55%) Ανάδευση Θερµοκρασία Έλεγχος παθογόνων οργανισµών Ρύθµιση του ΡΗ 7-7,5 Βαθµός αποσύνθεσης Μικρές περίοδοι έντονης ανάδευσης εναλλασσόµενες µε διακοπές. 50-55 C τις πρώτες µέρες 55-60 C τις υπόλοιπες Παραµονή στους 60-70 C για 24 h φαίνεται από το λόγο C/N 111
4.3. Αερόβια λιπασµατοποίηση 4.3.1. Γενικά Η αερόβια κοµποστοποίηση είναι µια ρυθµιζόµενη διάσπαση ή αδρανοποίηση των οργανικών ενώσεων των απορριµµάτων, γίνεται µε τη βοήθεια µικροοργανισµών, λαµβάνει χώρα όταν υπάρχει υψηλή συγκέντρωση Ο 2, ολοκληρώνεται σε σύντοµο χρονικό διάστηµα και είναι άοσµη. Το οργανικό κλάσµα των περισσοτέρων απορριµµάτων αποτελείται από πρωτεΐνες, αµινοξέα, λιπίδια, υδατάνθρακες, κυτταρίνη, λιγνίνη και τέφρα. Όταν τα οργανικά αυτά υλικά υποβληθούν σε αερόβια µικροβιολογική αποσύνθεση, το τελικό προϊόν, όταν ολοκληρωθεί η µικροβιολογική δραστηριότητα, είναι το ΒΕ, γνωστό ως κοµπόστ. Η όλη διαδικασία µπορεί να περιγραφεί µε την αντίδραση της Εικόνας 34. Όπως φαίνεται από την αντίδραση, ένα µέρος των νέων κυττάρων που παράγονται, συµµετέχει στην ενεργή βιοµάζα (µικροοργανισµοί) που προκαλεί τη µετατροπή του οργανικού κλάσµατος σε κοµπόστ και ένα άλλο µέρος ως νεκρά κύτταρα αποτελεί µέρος του κοµπόστ. 4.3.2. Βασικά χαρακτηριστικά της αερόβιας κοµποστοποίησης Τα βασικά χαρακτηριστικά της κοµποστοποίησης είναι: 1) Μετατροπή του βιοαποικοδοµήσιµου οργανικού υλικού των αστικών απορριµµάτων σε ένα βιολογικά σταθερό προϊόν και ταυτόχρονα να µειώσει τον αρχικό όγκο των απορριµµάτων. 2) Καταστροφή παθογενών και άλλων ανεπιθύµητων οργανισµών, µολυσµατικών αυγών και σπόρων από ζιζάνια που τυχόν υπάρχουν στα αστικά απορρίµµατα. 3) ιατήρηση του µέγιστου θρεπτικού περιεχοµένου σε άζωτο, φώσφορο και κάλιο στο τελικό προϊόν. 4) Παραγωγή ενός προϊόντος που να µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως ΒΕ και να βοηθά στην ανάπτυξη των φυτών. Πρωτείνες Αµινοξέα Λιπίδια Υδατάνθρακες+Ο 2 +Θρεπτικές ουσίες + Μικροοργανισµοί Κοµπόστ + Νέα κύτταρα + CO 2 + H 2 O + NO 3 + SO 4 2- + Q Κυτταρίνη Λιγνίνη Τέφρα Νεκρά κύτταρα Κυρίως κυτταρίνη, λιγνίνη και τέφρα Βασικά συστατικά του οργανικού κλάσµατος των αστικών στερεών απορριµµάτων Εικόνα 34. Βασική αντίδραση στην αερόβια κοµποστοποίηση (Σαρρής κ.ά., 1986). 112
4.3.3. Βελτιωτικό εδάφους 4.3.3.1. Γενικά To ΒΕ (που είναι επίσης γνωστό µε τον ξενικό όρο «κοµπόστ») είναι το προϊόν της βιολογικής αποδόµησης του οργανικού κλάσµατος των απορριµµάτων κάτω από ελεγχόµενες συνθήκες, οι πιο σηµαντικές από τις οποίες είναι η ύπαρξη οξυγόνου και η υψηλή θερµοκρασία. Το ΒΕ είναι σχετικά σταθερό προϊόν, ικανό να χρησιµοποιηθεί µε ασφάλεια ως λίπασµα. Η βιολογική αποδόµηση του οργανικού κλάσµατος των απορριµµάτων γίνεται µε τη βοήθεια µικροοργανισµών, οι οποίοι αποικοδοµούν τις σύνθετες δοµές των οργανικών µορίων σε CO 2, H 2 O και στερεό υπόλειµµα (ΒΕ). Περαιτέρω βιολογική αποικοδόµηση λαµβάνει χώρα µέσα στο έδαφος η οποία µετατρέπει το ΒΕ σε humus. Η κοµποστοποίηση όπως αλλιώς λέγεται, λαµβάνει χώρα όταν υπάρχει υψηλή συγκέντρωση οξυγόνου, ολοκληρώνεται σε σύντοµο χρονικό διάστηµα και είναι άοσµη. Το ΒΕ πρέπει να οξυγονώνεται τακτικά είτε µε ανάδευση είτε µε εισαγωγή αέρα. Κάτω από κατάλληλες συνθήκες η θερµοκρασία που αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια της κοµποστοποίησης ανέρχεται σε τιµές, οι οποίες είναι τόσο υψηλές ώστε να είναι ικανές να αφανίσουν έντοµα και παθογόνους µικροοργανισµούς. Στην αποσύνθεση των απορριµµάτων εµπλέκονται κυρίως (βλ. και παραπάνω) τρεις κατηγορίες µικροοργανισµών: βακτήρια, φούγκι και ακτινοµύκητες. Οι δύο πρώτες συνήθως επικρατούν όταν το οργανικό µέρος (κλάσµα) των απορριµµάτων αποσυντίθεται. Εάν είναι διαθέσιµος αρκετός αέρας, τότε η ταχύτητα µεταβολισµού αυξάνει, ενώ ταυτόχρονα η θερµοκρασία πλησιάζει τους 70 C ή και παραπάνω. Σ'αυτό το στάδιο µόνον τα ανθεκτικά βακτήρια και οι ακτινοµύκητες µπορούν να συνεχίσουν την αποικοδόµηση των απορριµµάτων. Καθώς το υπόστρωµα χρησιµοποιείται, ο ρυθµός της αποδόµησης µειώνεται, η θερµοκρασία πέφτει και τα φούγκι και τα µη θερµοφυλικά βακτήρια γίνονται ξανά ενεργά. Όλοι οι µικροοργανισµοί χρειάζονται νερό για να ζήσουν και να λειτουργήσουν. Εάν η υγρασία των απορριµµάτων µειωθεί κάτω του 40%, η µικροβιακή ενεργότητα πέφτει. Εάν πάλι αντίθετα η υγρασία αυξηθεί σε τέτοια επίπεδα ώστε ο αέρας που υπάρχει µέσα στο ΒΕ αντικατασταθεί µε νερό, τότε δηµιουργούνται αναερόβιες συνθήκες συνοδευόµενες πάντοτε από δυσοσµία και η κοµποστοποίηση σταµατά. Kαθώς τα απορρίµµατα υφίστανται αποσύνθεση η σύστασή τους µεταβάλλεται και αυτό επιδρά κυρίως στην αναλογία C:N. Η αναλογία αυτή είναι περίπου 20:1 στο φρέσκο οργανικό κλάσµα και σταδιακά µειώνεται καθώς η κοµποστοποίηση προχωρά. Στο ώριµο ΒΕ ο λόγος C:N είναι 12:1. Εάν µη ώριµο ΒΕ χρησιµοποιηθεί ως λίπασµα τότε η συνεχιζόµενη αποσύνθεση του ανθρακούχου υποστρώµατος θα έχει ως αποτέλεσµα τη δέσµευση του Ν 2 από το έδαφος. Το τελικό σηµείο της κοµποστοποίησης δηλ. του ωρίµου ΒΕ είναι δύσκολο να βρεθεί αλλά ο λόγος C:N είναι ένας χρήσιµος δείκτης. Το µη ώριµο ΒΕ είναι πιθανόν να υποστεί υπερθέρµανση και, καθώς η αποσύνθεσή του συνεχίζεται µπορεί να προκύψουν οσµές ή ακόµη να περιέχει συστατικά επιβλαβή για τα φυτά. Το ώριµο ΒΕ είναι ένα πολύτιµο συστατικό, γιατί µπορεί να δράσει ως συστατικό του χώµατος, ως λίπασµα, ως κοπριά και ως υποκατάστατο της τύρφης για χώµα στις γλάστρες. Τα οικιακά απορρίµµατα περιέχουν υψηλό ποσοστό σε οργανικό υλικό κατάλληλο για κοµποστοποίηση. Το κλάσµα των απορριµµάτων από το οποίο είναι δυνατόν να παραχθεί ΒΕ, περιέχει υπολείµµατα τροφών, απορρίµµατα ζώων και απορρίµµατα που προκύπτουν από την περιποίηση των φυτών. Ωστόσο, όλα τα παραπάνω, τα οποία αποτελούν το οργανικό κλάσµα, δεν αποδοµούνται µε τον ίδιο ρυθµό, π.χ. µε αργότερο ρυθµό αποδοµούνται τα ξύλα, τα οστά και τα βιοµηχανικά διαφοροποιηµένα (π.χ. χαρτί και δέρµα). Έχει παρατηρηθεί ότι οι χώρες που καταναλώνουν λιγότερο επεξεργασµένες τροφές παράγουν µεγαλύτερο ποσοστό κοµποστοποιήσιµων απορριµµάτων. 4.3.3.2. Βασικά χαρακτηριστικά βελτιωτικού εδάφους Γενικά, τα χηµικά και φυσικά χαρακτηριστικά του κοµπόστ ποικίλουν ανάλογα µε: 113
α) Τη φύση του υλικού (δηλ. τη σύσταση των προς κοµποστοποίηση απορριµµάτων). β) Τις συνθήκες κάτω από τις οποίες λαµβάνει χώρα η κοµποστοποίηση. γ) Την έκταση (βαθµό) αποσύνθεσης. Μερικά από τα χαρακτηριστικά που ξεχωρίζουν το κοµπόστ από τα άλλα οργανικά υλικά είναι: Χρώµα καφέ προς πολύ σκούρο καφέ. Χαµηλός λόγος της περιεκτικότητας σε άνθρακα προς αυτή σε άζωτο (C/N). Συνεχώς µεταβαλλόµενη φύση του, εξαιτίας της δραστηριότητας µικροοργανισµών. Μεγάλη ικανότητά ανταλλαγής κατιόντων και απορρόφησης νερού. 4.3.3.3. Πλεονεκτήµατα και ιδιότητες χρήσης του βελτιωτικού εδάφους Αυξάνει τα οργανικά συστατικά του χώµατος. Βελτιώνει την ικανότητα του εδάφους για τη συγκράτηση νερού και άλλων θρεπτικών ουσιών. Έτσι µειώνει τις απαιτήσεις σε νερό των φυτών και των δένδρων και βοηθά τα αµµώδη εδάφη να συγκρατούν την υγρασία. ηµιουργεί ευνοϊκές συνθήκες αερισµού. (κυρίως στα αργιλώδη εδάφη). Μειώνει την αλατότητα στα αλατούχα εδάφη και συνεπώς βοηθά στην εξέλιξη καλλιεργειών σε αυτά. Αυξάνει το πορώδες του εδάφους. Ρυθµίζει και εξισορροπεί το pη του εδάφους. Βοηθά στον έλεγχο της διάβρωσης του εδάφους. Καθιστά το χώµα ευκολότερα καλλιεργήσιµο. Κάνει τα φυτά πιο ανθεκτικά στην ξηρασία και την παγωνιά. Βελτιώνει το περιεχόµενο της διατροφής των φυτών σε βιταµίνες και µεταλλικά στοιχεία. Μπορεί να επεκτείνει την περίοδο ανάπτυξης των φυτών. Επίσης το κοµπόστ µπορεί να περιορίσει τη χρήση πετροχηµικών λιπασµάτων, των οποίων η χρήση εγκυµονεί πολλούς περιβαλλοντικούς κινδύνους. Η παραγωγή τους δηµιουργεί και ελευθερώνει επικίνδυνα απόβλητα που µολύνουν την ατµόσφαιρα, δηλητηριώδη νιτρικά άλατα, που µολύνουν τα νερά και επιταχύνει την εξάντληση των φυσικών πόρων. Τέλος, έρευνες έδειξαν ότι η χρήση του κοµπόστ για µεγάλο χρονικό διάστηµα σε υψηλής τοξικότητας εδάφη, αποτελεί έναν αποτελεσµατικό τρόπο δέσµευσης των βαρέων µετάλλων, µε αποτέλεσµα τη µη εισχώρησή τους στην διατροφική αλυσίδα. Τα βαρέα µέταλλα καθίστανται δηλαδή λιγότερο βιοαφοµοιώσιµα. Αυτό σηµαίνει ότι τα φυτά και τα ζώα δε µπορούν χηµικά να αφοµοιώσουν τα βαρέα µέταλλα και να µεταφερθούν (τα τελευταία) µέσω της διατροφικής αλυσίδας στον άνθρωπο. Συνεπώς επιτυγχάνεται προστασία της δηµόσιας υγείας και του περιβάλλοντος. 4.3.3.4. Εφαρµογές βελτιωτικού εδάφους Γενικά το κοµπόστ µπορεί να χρησιµοποιηθεί στα παρακάτω: Γεωργία. Κηπουρική - φυτοκοµική. 114
Αποκατάσταση καταπονηµένων - κατεστραµµένων εδαφών όπως: - Αναµόρφωση πρώην υγροτόπων (τεχνητές λίµνες εργοστασίων). - Αλατούχα εδάφη. - Υψηλής τοξικότητας εδάφη (π.χ. ο Αµερικάνικος Στρατός χρησιµοποιεί το κοµπόστ για τη σταθεροποίηση και απενεργοποίηση των εκρηκτικών υλών και διασταλλαζόντων υγρών των πυροµαχικών). - Αποκατάσταση παλιών λατοµείων. - Επιφανειακή χωµατοκάλυψη χωµατερών. Αναδασώσεις. Τεχνητά βοσκοτόπια και λιβάδια, πάρκα, γήπεδα, κήπους-γλάστρες. Καλλιέργειες. 4.3.4. Είδη αερόβιας κοµποστοποίησης Η αερόβια κοµποστοποίηση διακρίνεται κυρίως σε κοµποστοποίηση: Απορριµµάτων κήπου. Αστικών απορριµµάτων προερχοµένων από σπ του οργανικού κλάσµατος. Αστικών απορριµµάτων σε µονάδα µηχανικού διαχωρισµού (Μ ) Αστικών απορριµµάτων µε συνδιάθεση ιλύος προερχοµένης από βιολογικό καθαρισµό. ιατροφικών υπολειµµάτων. Κτηνοτροφικών και αγροτικών υπολειµµάτων. ασοκοµικών και δασικών υπολειµµάτων. Ένα γενικευµένο διάγραµµα που περιγράφει τη διαδικασία της κοµποστοποίησης λαµβάνοντας υπόψη όλες τις παραπάνω περιπτώσεις φαίνεται στην Εικόνα 35. Πρέπει να σηµειωθεί ότι ανάλογα µε (α) το συγκεκριµένο είδος (ή συνδυασµό των παραπάνω περιπτώσεων) κοµποστοποίησης που γίνεται, (β) τη σύσταση των προς κοµποστοποίηση απορριµµάτων, (γ) τη συγκεκριµένη µέθοδο που ακολουθείται και τέλος (δ) τη χρήση για την οποία προορίζεται το παραγόµενο κοµπόστ επιλέγεται η ακριβής σειρά διεξαγωγής των διεργασιών που φαίνονται στην Εικόνα 35 και ο βαθµός, στον οποίο θα λάβουν χώρα αυτές (π.χ. καθορισµός της διάρκειας ωρίµανσης, του βαθµού ραφιναρίσµατος - βελτίωσης). Άσκηση Για να κάνουµε λιπασµατοποίηση σε µία Eλληνική πόλη 200.000 κατοίκων µε σειράδια και φυσική ζύµωση, πόσα στρέµµατα γης χρειαζόµαστε; Λύση Oι 200.000 κάτοικοι παράγουν 200 τόνους απορρίµµατα την ηµέρα (θεωρούµε ότι κάθε κάτοικος παράγει 1 kg απορριµµάτων ανά ηµέρα). Aπό αυτά γίνεται διαλογή (µετάλλων κ.λπ.) και για λιπασµατοποίηση πηγαίνει το 80%, δηλ. 160 τόνοι. Θεωρούµε ότι η φυσική λιπασµατοποίηση κρατάει 90 µέρες. Σε 90 µέρες θα έχουµε 14.400 τόνους για λιπασµατοποίηση. H πυκνότητα παίρνεται ίση προς 0,5 τόνοι ανά m 3. Άρα ο όγκος των 14.400 τόνοι θα είναι 14.400/0,5= 28.800 m 3. Tα σειράδια έχουν ύψος 2 m και διατοµή ισοσκελούς τριγώνου, άρα κάθε m 2 επιφάνειας παίρνει από πάνω ένα m 3. Eποµένως χρειάζονται 28.800 m 2. Eπειδή 115
όµως για κάθε 4 Χ 100 m σειράδια υπάρχει και 4 Χ 100 m δρόµος, η απαιτούµενη συνολική επιφάνεια διπλασιάζεται και γίνεται 57,6 στρέµµατα. Εικόνα 35. Σχηµατικό διάγραµµα της διαδικασίας κοµποστοποίησης (World Wastes, 1995). 4.3.5. Στάδια αερόβιας λιπασµατοποίησης Ένα τυπικό αερόβιο σύστηµα κοµποστοποίησης περιλαµβάνει τα ακόλουθα στάδια: 116
4.3.5.1. Προεπεξεργασία και ανάκτηση υλικών i. Μηχανικός διαχωρισµός Όλα σχεδόν τα συστήµατα µηχανικού διαχωρισµού περιλαµβάνουν πέντε βασικές διεργασίες: Τεµαχισµό, κοσκίνισµα, αεροδιαχωρισµό, µαγνητικό διαχωρισµό και ηλεκτροδιαχωρισµό. Το εισερχόµενο υλικό µορφοποιείται ώστε να είναι κατάλληλο για κοµποστοποίηση. Η ανάκτηση υλικών λαµβάνει χώρα σε αυτό το στάδιο. Ακολουθεί λειοτεµαχισµός (άλεση) και κοσκίνισµα των υλικών ώστε να διαχωριστεί το οργανικό κλάσµα. Οι ανάγκες που εξυπηρετεί η προεπεξεργασία είναι: Απελευθέρωση της πρώτης ύλης από τις σακούλες ή τα άλλα µέσα επεξεργασίας. Ελάττωση του όγκου µε παράλληλη επίτευξη σχετικής οµοιοµορφίας της πρώτης ύλης. ιαχωρισµό του οργανικού κλάσµατος. Πιθανή ανάκτηση υλικών. Ρύθµιση των χαρακτηριστικών των προς κοµποστοποίηση απορριµµάτων (µεγέθους, λόγου C/N, υγρασίας, θρεπτικών συστατικών). Ένα γενικευµένο ενδεικτικό διάγραµµα ροής σε µια διαδικασία κοµποστοποίησης φαίνεται στην Εικόνα 36. Ο βαθµός της προεπεξεργασίας εξαρτάται από: Την ειδική διαδικασία κοµποστοποίησης που ακολουθείται ( σπ ή Μ ). Τις ιδιαιτερότητες και απαιτήσεις του τελικού προϊόντος. Γενικά στη φάση αυτή λαµβάνουν χώρα: ιαχωρισµός των υλικών (αποµάκρυνση κάποιων). Μείωση του µεγέθους των απορριµµάτων. Προετοιµασία των ιδιοτήτων του προς κοµποστοποίηση υλικού. Όλα σχεδόν τα συστήµατα Μ περιλαµβάνουν πέντε βασικές διεργασίες κατά τη φάση της προεπεξεργασίας: 1. Τεµαχισµό. Με τον τεµαχισµό επιτυγχάνεται σηµαντική αύξηση της ολικής επιφάνειας και µερικός διαχωρισµός των συστατικών των απορριµµάτων. Η ένταση του τεµαχισµού καθορίζεται από τους στόχους των διεργασιών επεξεργασίας και τον επιθυµητό βαθµό καθαρότητας. Προβλήµατα δηµιουργεί η ανοµοιογένεια των απορριµµάτων λόγω διαφοροποιήσεων στη συµπεριφορά των συστατικών τους κατά τη διαδικασία του τεµαχισµού. Για το λόγο αυτό παρεµβάλλεται πριν τον τεµαχισµό συχνά κοσκίνισµα ή και µαγνητικός διαχωρισµός για την αποµάκρυνση λεπτόκοκκων η πολύ ογκωδών αντικειµένων που µπορούν να δυσκολεύσουν τον τεµαχισµό. Χρησιµοποιούνται κυρίως βαλλιστικοί µύλοι, σφυρόµυλοι και µύλοι-κόπτες. 2. Κοσκίνισµα. Με το κοσκίνισµα επιτυγχάνεται ο διαχωρισµός των απορριµµάτων ανάλογα µε το µέγεθος, το εύρος του οποίου καθορίζεται από τη θέση της διεργασίας στο σύστηµα και τα προϊόντα που πρόκειται να ανακτηθούν. Συνηθίζονται κόσκινα πλάνης µε διάτρητα ελάσµατα, δικτυωτά σύρµατα και ράβδοι-προφίλ καθώς και κόσκινα-τύµπανα. Επειδή ορισµένα συστατικά απορριµµάτων εµφανίζονται ως κόκκοι ορισµένου µεγέθους, είναι δυνατός και ο διαχωρισµός µε κοσκίνισµα σε κατηγορίες. 3. Αεροδιαχωρισµό. Με τον αεροδιαχωρισµό επιτυγχάνεται η ταξινόµηση των απορριµµάτων ανάλογα µε το ειδικό τους βάρος. Ο διαχωρισµός αυτός βασίζεται στο ότι τα ίδια συστατικά κατακάθονται στο ίδιο σηµείο και µε την ίδια ταχύτητα, συµπαρασυρόµενα από ρεύµα αέρα. Ο βαθµός διαχωρισµού εξαρτάται από την ταχύτητα του αέρα, την επιφανειακή υγρασία των κόκκων, το βάρος τους, το σχήµα τους και το είδος κατασκευής του αεροδιαχωριστήρα. Το ελαφρύ κλάσµα αποτελείται βασικά από 117
χαρτί και πλαστικό, τα οποία είτε διοχετεύονται ως µίγµα (ΚαΣ) είτε διαχωρίζονται µεταξύ τους µε επίπλευση ή χρήση κυκλωνίων. Από το βαρύ κλάσµα ανακτούνται µέταλλα ή και ζυµώσιµα υλικά για ταφή ή παραγωγή ΒΕ. Οι αεροδιαχωριστές διακρίνονται σε ρεύµατα αέρος και ανακυκλούµενου αέρα και κατά είδος κατασκευής. Συνηθίζονται αεροδιαχωριστές "ζικ-ζακ" και οριζοντίου ρεύµατος αέρα. Περιοχή συγκέντρωσης Περιοχή συγκέντρωσης Θραυστήρας σάκων χειρωνακτική αποµάκρυνση υλικών Ογκώδη αντικείµενα, χαρτόνια Κοσκίνισµα Θραυστήρας σάκων Νερό, θρεπτικά συστατικά. Τεµαχισµός Ανάµειξη (Προαιρετική) Χειρωνακτική αποµάκρυνση ανακυκλώσιµων υλικών Κοσκίνισµα Σπασµένα γυαλιά, κ.ά. Χαρτί, πλαστικό, γυαλί, αλουµίνιο Ζύµωση Ωρίµανση Ραφινάρισµα, κοσκίνισµα, βελτιώσεις µε προσθήκες Προϊόν υψηλής ποιότητας Έτοιµο προϊόν Νερό, θρεπτικά συστατικά, άλλα πρόσθετα Τεµαχισµός Κοσκίνισµα Μαγνητικός διαχωρισµός Ανάµειξη Κοµποστοποίηση σε σειράδια, σε στατικούς σωρούς, σε αντιδραστήρες. Μεγάλου µεγέθους υλικά (Προαιρετική) Τεµαχισµός Σιδηρούχα µέταλλα Ωρίµανση Ραφινάρισµα Τελικό, προϊόν κοµπόστ (α) Για σπ (β) Για Μ Εικόνα 36. Γενικευµένο διάγραµµα ροής κοµποστοποίησης (Tchobanoglous et al., 1993). 4. Μαγνητικό ιαχωρισµό. Ο µαγνητικός διαχωρισµός συχνά παρεµβάλλεται σε διάφορες θέσεις του συστήµατος, µε στόχο τη µεγαλύτερη δυνατή ανάκτηση Fe και την πληρέστερη αποµάκρυνση των σιδηρούχων µετάλλων από άλλα προϊόντα. 118
5. Ηλεκτροδιαχωρισµό. Ο ηλεκτροδιαχωρισµός είναι µία κατάλληλη µέθοδος για το διαχωρισµό κατά είδος των µη σιδηρούχων µετάλλων από τα απορρίµµατα, καθώς και του χαρτιού και των πλαστικών. Για το σκοπό αυτό, οι επιφάνειες των προς διαχωρισµό υλικών φέρνονται σε κατάσταση ηλεκτρικής διαφοροποίησης. Με την επίδραση ηλεκτρικών πεδίων, τα διάφορα στερεά σωµατίδια φορτίζονται ηλεκτρικά µε φορτία διαφορετικού µεγέθους. Κατόπιν, τα σωµατίδια ακολουθούν διαφορετικές διαδροµές και µπορούν µε τον τρόπο αυτό να διαχωριστούν. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ξήρανση µέχρι µία περιεκτικότητα σε υγρασία µικρότερη από 1% κ.β., όπως επίσης η οµοιογένεια στο µέγεθος των κόκκων. Ο συνδυασµός των παραπάνω διεργασιών στο τµήµα προεπεξεργασίας εξαρτάται από: Την επιθυµητή ποιότητα του τελικού προϊόντος (κοµπόστ), Τα ανακτώµενα υλικά. Την αρχική σύσταση των απορριµµάτων. Για παράδειγµα, όταν το σύστηµα ελάττωσης του όγκου προηγείται του µαγνητικού διαχωρισµού, τότε επιτυγχάνεται µεγαλύτερο ποσοστό ανάκτησης µετάλλων µε χαµηλότερη όµως ποιότητα. ii. ιαλογή στην πηγή Η κοµποστοποίηση απορριµµάτων σε µονάδα Μ έχει ως κύριο σκοπό τη µείωση του όγκου των απορριµµάτων που καταλήγουν στις χωµατερές. Εάν όµως η κοµποστοποίηση αντιµετωπισθεί και ως διαδικασία παραγωγής κοµπόστ, τότε η ποιότητα του τελικού προϊόντος παίζει καθοριστικό ρόλο για την αποδοχή του από το καταναλωτικό κοινό. Στις µονάδες Μ τα µηχανικά µέσα που χρησιµοποιούνται για το διαχωρισµό του οργανικού κλάσµατος από τα υπόλοιπα απορρίµµατα, δεν εξασφαλίζουν ικανοποιητική ποιότητα τελικού προϊόντος εξαιτίας της παρουσίας βαρέων µετάλλων και επικίνδυνων τοξικών ουσιών σ'αυτό. Συνεπώς, για την παραγωγή υψηλής ποιότητας κοµπόστ πιο αποτελεσµατική και αποδοτική διαδικασία είναι η κοµποστοποίηση απορριµµάτων προερχοµένων από σπ. Φυσικά στην περίπτωση αυτή πρέπει να προηγηθεί η οργάνωση ενός προγράµµατος σπ, κάτι που συνεπάγεται άλλου είδους προβλήµατα, όπως αυτό της συµµετοχής του κοινού στο πρόγραµµα που στην αρχή τουλάχιστον έχει ως αποτέλεσµα µικρό ποσοστό ανάκτησης. Συγκεκριµένα, στην περίπτωση σπ η φάση προεπεξεργασίας έχει ως σκοπό: Απελευθέρωση της α' ύλης από τις σακούλες ή τα άλλα µέσα επεξεργασίας Αποµάκρυνση κάποιων ανεπιθύµητων υλικών. Ρύθµιση χαρακτηριστικών των προς κοµποστοποίηση απορριµµάτων (µεγέθους, λόγου C/N, υγρασίας, θρεπτικών συστατικών). Ένα ενδεικτικό διάγραµµα ροής µονάδας κοµποστοποίησης απορριµµάτων προερχοµένων από σπ φαίνεται στην Εικόνα 36, όπου αντιπαραβάλλεται µε το αντίστοιχο για µονάδα Μ. 4.3.5.2. Σταθεροποίηση του βελτιωτικού εδάφους - Παραγωγή κοµπόστ 1 ο στάδιο: Ζύµωση Οι µέθοδοι που εφαρµόζονται στο στάδιο αυτό σε εγκαταστάσεις παραγωγής ΒΕ µεγάλου µεγέθους κατατάσσονται σε τρεις κυρίως κατηγορίες: (α) Μηχανική περιοδική ανάδευση των κοµποστοποιηµένων απορριµµάτων σε σειράδια. Τα απορρίµµατα συσσωρεύονται σε σωρούς (σειράδια) ύψους περίπου 2 m 119