PL246292B1 - Sposób wytwarzania polepszacza glebowego poprzez zagospodarowanie odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania polepszacza glebowego poprzez zagospodarowanie odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce. Wynalazek znajduje zastosowanie w gospodarce odpadami gastronomicznymi oraz polepszeniu jakości i żyzności gleb wyjałowionych intensywną uprawą rolną. Znanym sposobem zagospodarowania osadów ściekowych jest kompostowanie z materiałem strukturotwórczym (słomą, zrębkami, gałęziami, liśćmi). W wyniku procesu uzyskuje się kompost - produkt możliwy do zastosowania w rolnictwie jako nawóz organiczny lub polepszacz glebowy. Realizowane są też procesy kompostowania osadów ściekowych wraz z odpadami gastronomicznymi, w tym odpadami kategorii 3. Odpady gastronomiczne zaliczane do kategorii 3 to wszystkie odpady żywnościowe, w tym zużyty olej kuchenny pochodzący z restauracji, obiektów gastronomicznych i kuchni, łącznie z kuchniami zbiorowymi i domowymi (Rozporządzenie komisji (UE) nr 142/2011 z dnia 25 lutego 2011 r.). Jednak przy kompostowaniu tego typu odpadów, podstawową trudnością jest właściwa, wymagana prawem ich higienizacja.

W polskim opisie patentowym PL 211271 przedstawiono sposób wytwarzania nawozu organicznego z odpadów organicznych, gdzie odpady zwierzęce trzeciej kategorii w ilości do 30% wagowych miesza się z organicznymi odpadami komunalnymi, a po wymieszaniu dodaje się odpady strukturalne w ilości 50% wagowych i wstępnie, aż do zakończenia procesu higienizacji (termicznej), kompostuje w bioreaktorze.

W przypadku próby kompostowania w pryzmach, praktycznie niemożliwe jest utrzymanie temperatury higienizującej całej mieszanki kompostowej na poziomie 70°C przez co najmniej 60 minut (wymóg z Rozporządzenia komisji (UE) nr 142/2011 z dnia 25 lutego 2011 r.) - odpowiednia temperatura występuje najczęściej tylko wewnątrz, w zewnętrznej warstwie pryzmy temperatura jest niższa.

Termiczna higienizacja samych odpadów (np. w autoklawach) jest procesem bardzo energochłonnym.

Innym znanym procesem, stosowanym do higienizacji osadów ściekowych jest ich wapnowanie (Standards for the use or disposal of sewage sludge, EPA 1993). Proces ten zapewnia utrzymanie warunków higienizujących przez dłuższy czas od momentu dodania reagentu, czym zabezpiecza materiał przed skażeniem wtórnym, jednak zastosowanie wapnowania do higienizacji odpadów kat. 3 stwarza ryzyko nie zapewnienia ich rozkładu na składniki dostępne dla roślin.

Problemem technicznym do rozwiązania jest zagospodarowanie odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce w sposób umożliwiający ich wykorzystanie w rolnictwie, tak aby powstały materiał był podatny na biologiczny rozkład w procesie kompostowania i nie zakłócał samego procesu. Konieczność zagospodarowania tych odpadów wynika ze zmian w prawie dotyczących sposobu postępowania z nimi. Znacznie ograniczono możliwość skarmiania zwierząt odpadami gastronomicznymi trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce, zaleca się wydzielenie tych odpadów z odpadów zmieszanych, jak również stosowanie metod zagospodarowania tych odpadów pozwalających na ich recykling.

W stosowanych metodach przetwarzania przedmiotowych odpadów napotkano na następujące problemy:

- przy zastosowaniu kompostowania utrzymanie temperatury higienizującej całej mieszanki kompostowej na poziomie 70°C przez co najmniej 60 minut (Rozporządzenie komisji (UE) nr 142/2011 z dnia 25 lutego 2011 r.) jest praktycznie niemożliwe przy kompostowaniu w pryzmach - odpowiednia temperatura występuje najczęściej tylko wewnątrz, w zewnętrznej warstwie pryzmy temperatura jest niższa;

- kompostowanie w reaktorach, eliminuje problem utrzymania odpowiedniej temperatury w całej objętości mieszanki, jest jednak technicznie i technologicznie bardziej skomplikowane i wymaga większych nakładów inwestycyjnych;

- higienizacja samych odpadów zawierających białko zwierzęce (przed procesem kompostowania) np. termiczna, nie zapewnia ochrony przed wtórnym zanieczyszczeniem bakteriologicznym; nieprzetworzone białko zwierzęce dalej jest pożywką dla niekorzystnych mikroorganizmów;

- zastosowanie metod chemicznych - stwarza ryzyko nie zapewnienia rozkładu odpadów na składniki dostępne dla roślin;

- w gospodarce odpadami ilość i jakość odpadów dostarczanych do zagospodarowania jest zmienna, co komplikuje planowanie procesów, szczególnie tych trwających kilka-kilkanaście tygodni, jak np. kompostowanie.

Sposób wytwarzania polepszacza glebowego poprzez zagospodarowanie odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce, według wynalazku, polegający na kompostowaniu tlenowym w pryzmie mieszanki kompostowej, które prowadzi się do momentu spadku temperatury mieszanki kompostowej do 20°C lub temperatury otoczenia, przy okresowym mieszaniu mieszanki kompostowej, charakteryzuje się tym, że stosuje się mieszankę kompostową zawierającą osad ściekowy o zawartości od 14% do 18% wagowych suchej masy i w ilości 45% wagowych całkowitej masy pryzmy, zhigienizowane odpady gastronomiczne trzeciej kategorii zawierające białko zwierzęce o zawartości od 15% do 20% wagowych suchej masy i w ilości 40% wagowych całkowitej masy pryzmy, materiał strukturotwórczy zawierający bioodpady o zawartości od 66% do 75% wagowych suchej masy i w ilości 10% wagowych całkowitej masy pryzmy, zaszczep o zawartości 40% wagowych suchej masy i w ilości 5% wagowych całkowitej masy pryzmy. Stosuje się zaszczep w postaci frakcji nadsitowej uzyskanej po przesianiu wcześniej kompostowanej pryzmy. Zhigienizowane odpady gastronomiczne trzeciej kategorii zawierające białko zwierzęce dodaje się do pozostałych składników mieszanki kompostowej po upływie co najmniej 24 godzin od momentu rozpoczęcia procesu higienizacji, w trzech porcjach w odstępach siedmiodniowych, od dnia uformowania pryzmy, w ilości od 10% do 20% wagowych całkowitej masy pryzmy. Proces higienizacji polega na dodaniu do rozdrobnionych odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce tlenku wapnia do momentu osiągnięcia odczynu pH wodnego roztworu odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce wartości powyżej 12 po upływnie 1 godziny i przez kolejną godzinę, i wartości powyżej 11,5 po upływnie kolejnych 22 godzin. Jako wodny roztwór stosuje się ekstrakt wodny, który otrzymuje się poprzez zalanie 10 g zhigienizowanych odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce wodą do objętości 200 ml.

Tlenek wapnia stosuje się w dawce od 15% do 20% wagowych w stosunku do suchej masy odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce.

Korzystnie stosuje się rozdrobnione odpady gastronomiczne trzeciej kategorii zawierające białko zwierzęce o wymiarach nie większych niż 12 mm.

Zaletą rozwiązania jest przetworzenie metodą kompostowania odpadów trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce na produkt gotowy do zastosowania jako polepszacz glebowy z zapewnieniem higienizacji o przedłużonym działaniu w całej objętości pryzmy oraz z zastosowaniem porcjowego dawkowania odpadów gastronomicznych do materiału kompostującego - przy braku wystarczającej ilości odpadów gastronomicznych jako wkładu kompostowego, opóźnianie dawkowania kolejnych porcji odpadu przez okres nawet 2 tygodni. Rozwiązanie można zastosować do zagospodarowania różnych odpadów gastronomicznych pochodzących z obiektów zbiorowego żywienia zawierających odpady z białkiem zwierzęcym - odpady kat. 3 poprzez kompostowanie wraz z osadami ściekowymi i różnymi odpadami biodegradowalnymi: odpadami zielonymi, makulaturą itp. Dodatek odpadów gastronomicznych przyspiesza fazę termofilną kompostowania. Opcjonalny dodatek zaszczepu (frakcji nadsitowej uzyskanej po przesianiu pryzmy wcześniej kompostowanej) pozwala na skrócenie całkowitego czasu kompostowania, przy czym efekt zależy od wielu czynników m.in. od wilgotności pryzmy (40-60%), temperatury zewnętrznej powietrza, stopnia dokładności przemieszania składników mieszanki kompostowej. Zastosowanie porcjowego dawkowania odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce usprawni prowadzenie procesu kompostowania odpadów gastronomicznych z osadami ściekowymi. Uwzględnia się fakt, że podaż odpadów gastronomicznych jest zmienna, a możliwość ich gromadzenia ze względu na zagniwanie jest ograniczona, natomiast podaż i konieczność zagospodarowania osadów ściekowych jest w miarę stała. Sposób pozwala na wmieszanie kolejnej porcji zhigienizowanych odpadów do kompostującej już pryzmy, tj. porcjowe dawkowanie odpadów, dowożonych z różnych miejsc zbiorowego żywienia, w różnych terminach, nie powodując przedłużania całkowitego czasu kompostowania, w wyniku którego powstaje polepszacz glebowy.

Proces zapewnia powstanie produktu, który spełnia wymogi stawiane środkom poprawiającym właściwości gleby zwanymi polepszaczami glebowymi. Otrzymany produkt jest bezpieczny pod względem bakteriologicznym.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania. Gotowy kompost spełnia wymogi stawiane środkom poprawiającym właściwości gleby zwanymi polepszaczami glebowymi zgodnie z RMRiRW z dnia 18.06.2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu (Dz. U. z 2008 r., nr 119 poz. 765). Dojrzały kompost charakteryzuje się strukturą gruzełkowatą i zapachem ziemistym. W próbach pobranych z uzyskanych kompostów nie stwierdzono obecności bakterii z rodzaju Salmonella i E. coli, ani żywych jaj pasożytów Ascaris sp., Trichuris sp., Toxocara sp, a zastosowany do higienizacji tlenek wapnia (CaO) nie zakłócał procesu kompostowania. We wszystkich przypadkach oznaczone parametry kompostów wskazywały na brak czynników zakłócających proces kompostowania.

Przykład 1

Sposób wytwarzania polepszacza glebowego poprzez zagospodarowanie odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce polega na przeprowadzeniu kompostowania tlenowego w pryzmie mieszanki kompostowej (wymiary pryzmy uzależnione od gabarytów maszyny do usypywania i przerzucania pryzm kompostowych, w przykładzie o wysokości 0,7 m), którą stanowią: mieszanina osadu ściekowego ze zhigienizowanymi odpadami gastronomicznymi trzeciej kategorii zawierającymi białko zwierzęce i materiałem strukturotwórczym zawierającym bioodpady. Napowietrzanie przeprowadzono poprzez mechaniczne przerzucanie pryzmy. Udział wagowy poszczególnych składników mieszanki kompostowej jest następujący:

- osad ściekowy stanowi 45% wagowych całkowitej masy pryzmy,

- zhigienizowane odpady gastronomiczne trzeciej kategorii zawierające białko zwierzęce stanowią 40% wagowych całkowitej masy pryzmy,

- mieszanina bioodpadów z odpadami strukturotwórczymi stanowi 10% wagowych całkowitej masy pryzmy,

- zaszczep 5% wagowych całkowitej masy pryzmy.

Zawartość suchej masy w osadzie ściekowym wynosi 14% wagowych, zawartość suchej masy zhigienizowanych odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce wynosi 15% wagowych, zawartość suchej masy materiału strukturotwórczego zawierającego bioodpad wynosi 66% wagowych, zawartość suchej masy zaszczepu wynosi 40% wagowych.

Zhigienizowane odpady zwierzęce dawkowane są w 3 porcjach w ilościach: w dniu założenia pryzmy 20% wagowych całkowitej masy pryzmy, następnie 7 dnia 10% wagowych całkowitej masy pryzmy, następnie 14 dnia 10% wagowych całkowitej masy pryzm.

Higienizacja odpadów zwierzęcych trzeciej kategorii polega na dodaniu tlenku wapnia (CaO) w ilości 20% wagowych w stosunku do suchej masy odpadu. Na podstawie wytycznych EPA (Standards for the use or disposal of sewage sludge, EPA 1993) parametry higienizacji tlenkiem wapnia CaO przyjęto jak dla osadów ściekowych, po 1 godzinie i przez kolejną godzinę od dodania tlenku wapna ma wartość powyżej 12, a po kolejnych 22 godzinach ma wartość powyżej 11,5. Odczyn pH mierzono w ekstrakcie wodnym uzyskanym w wyniku wytrząsania próbki 10 g świeżej masy zhigienizowanego odpadu gastronomicznego trzeciej kategorii zawierającego białko zwierzęce, zalanej wodą dejonizowaną do objętości 200 ml.

Kompostowanie przeprowadza się w pryzmach, napowietrzanie realizowane przez przerzucanie mieszanki kompostowej: co 2-3 dni przez pierwsze 3 tygodnie, następnie przez kolejne 3 tygodnie co 4:5 dni. III pierwsze fazy procesu kompostowania: I faza wstępnego kompostowania - mezofilna, II faza intensywnego kompostowania - termofilna, w której następuje rozkład niskocząsteczkowych związków organicznych, III faza kompostowania właściwego, w której zachodzi przekształcanie trudno rozkładalnych związków przez mezofile bakterie i grzyby (Jędrczak 2008; Siuta 1999), a w okresie dojrzewania raz na tydzień przez cztery tygodnie, po tym czasie raz na dwa tygodnie (faza IV - dojrzewanie kompostu, powstaje stabilna frakcja kompostu (huminy)). Gdy wilgotność mieszanki kompostowej spadnie poniżej 40%, należy pryzmę zraszać wodą. Kompostowanie prowadzi się do momentu spadku temperatury wewnątrz pryzmy do temperatury 20°C lub temperatury otoczenia oraz do uzyskania struktury gruzełkowatej i zapachu ziemistego.

Uzyskany po 2 miesiącach kompost charakteryzował się następującymi parametrami: wilgotność 34,5%, odczyn pH 7,2, zawartość związków organicznych (straty po prażeniu) 53,2%, azot ogólny TKN 31,0 mg N/g s.m., fosfor ogólny 15,8 mg P/g s.m.

Przykład 2

Analogicznie jak w przykładzie 1, przy czym higienizacja odpadów zwierzęcych trzeciej kategorii polega na dodaniu tlenku wapnia (CaO) w ilości 15% wagowych w stosunku do suchej masy odpadu, czyli 0,15 kg CaO/kg odpadów.

Przykład 3

Analogicznie jak w przykładzie 1, przy czym zawartość suchej masy w osadzie ściekowym wynosi 18%, zawartość suchej masy zhigienizowanych odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce wynosi 20% wagowych, zawartość suchej masy materiału strukturotwórczego zawierającego bioodpad wynosi 75% wagowych, zawartość suchej masy zaszczepu wynosi 40% wagowych.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania polepszacza glebowego poprzez zagospodarowanie odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce, polegający na kompostowaniu tlenowym w pryzmie mieszanki kompostowej, które prowadzi się do momentu spadku temperatury mieszanki kompostowej do 20°C lub temperatury otoczenia, przy okresowym mieszaniu mieszanki kompostowej, znamienny tym, że stosuje się mieszankę kompostową zawierającą osad ściekowy o zawartości od 14% do 18% wagowych suchej masy i w ilości 45% wagowych całkowitej masy pryzmy, zhigienizowane odpady gastronomiczne trzeciej kategorii zawierające białko zwierzęce o zawartości od 15% do 20% wagowych suchej masy i w ilości 40% wagowych całkowitej masy pryzmy, materiał strukturotwórczy zawierający bioodpady o zawartości od 66% do 75% wagowych suchej masy i w ilości 10% wagowych całkowitej masy pryzmy, zaszczep o zawartości 40% wagowych suchej masy i w ilości 5% wagowych całkowitej masy pryzmy, przy czym stosuje się zaszczep w postaci frakcji nadsitowej uzyskanej po przesianiu wcześniej kompostowanej pryzmy, a zhigienizowane odpady gastronomiczne trzeciej kategorii zawierające białko zwierzęce dodaje się do pozostałych składników mieszanki kompostowej po upływie co najmniej 24 godzin od momentu rozpoczęcia procesu higienizacji, w trzech porcjach w odstępach siedmiodniowych, od dnia uformowania pryzmy, w ilości od 10% do 20% wagowych całkowitej masy pryzmy, natomiast proces higienizacji polega na dodaniu do rozdrobnionych odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce tlenku wapnia do momentu osiągnięcia odczynu pH wodnego roztworu odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce wartości powyżej 12 po upływnie 1 godziny i przez kolejną godzinę, i wartości powyżej 11,5 po upływnie kolejnych 22 godzin, przy czym jako wodny roztwór stosuje się ekstrakt wodny, który otrzymuje się poprzez zalanie 10 g zhigienizowanych odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce wodą do objętości 200 ml.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tlenek wapnia stosuje się w dawce od 15% do 20% wagowych w stosunku do suchej masy odpadów gastronomicznych trzeciej kategorii zawierających białko zwierzęce.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się rozdrobnione odpady gastronomiczne trzeciej kategorii zawierające białko zwierzęce o wymiarach nie większych niż 12 mm.