STRESZCZENIE
Gospodarowanie bioodpadami powinno opierać się na przejrzystym, kompleksowym podejściu, z uwzględnieniem cyklu życia. Pakiet Komisji Europejskiej dotyczący gospodarki o obiegu zamkniętym wprowadza restrykcyjne wymogi dotyczące recyclingu odpadów, w tym wskazuje odzysk materiałowy jako preferowany dla odpadów biodegradowalnych.
W związku z wprowadzeniem selektywnej zbiórki frakcji bio-odpadów komunalnych, problemami związanymi z bezpośrednim zagospodarowaniem przyrodniczym osadów ściekowych – technologie przetwarzania odpadów ulegających biodegradacji w nawozy organiczno-mineralne stwarzają możliwość odzysku cennej substancji organicznej. Produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator zostały zaklasyfikowane jako środki poprawiające właściwości gleby i nawozy organiczno-mineralne do zastosowania na gruntach ornych oraz do rekultywacji gruntów.
W ich skład wchodzą związki wapnia (Ca) oraz związki organiczne. 1 tona OrCal® (substrat UPPZ) zawiera około 47 kg azotu (N), około 25 kg fosforu (P2O5), 13,8 kg potasu (K2O) oraz co najmniej 250 kg wapnia (CaO). Działanie nawozu OrCal® na rośliny można podzielić na dwa rodzaje:
1. Bezpośredni wpływ, czyli dostarczanie składników pokarmowych (mineralnych i organicznych), stymulację korzeni (szczególnie włośników) do wzrostu i rozwoju;
2. Pośredni wpływ, czyli regulację pH gleby, wzbogacanie gleby o substancję organiczną, stymulowanie rozwoju pożytecznych mikroorganizmów glebowych, poprawę parametrów fizycznych i chemicznych gleby i inne. Wszystkie te efekty, w sumie przyczyniają się do stworzenia roślinom uprawnym lepszych warunków do wzrostu, do rozwoju oraz plonowania.
Słowa kluczowe: odpady biodegradowalne, przetwarzanie, nawóz organiczno-wapniowy, środek poprawiający właściwości gleby, efektywność plonotwórcza
Miejsce odpadów biodegradowalnych w gospodarce obiegu zamkniętego
Biogospodarka opiera się na rozwoju technologii przekształcania odpadów w wartościowe produkty mogące stać się surowcami w kolejnych procesach technologicznych. Krajowe strategie gospodarowania bioodpadami powinny opierać się na przejrzystym, kompleksowym podejściu, z uwzględnieniem cyklu życia (ang. life cycle assesment). Pakiet dotyczący gospodarki o obiegu zamkniętym GOZ (ang. circular economy) wprowadzony przez Komisję Europejską w grudniu
2015 r. wyznacza wyraźne cele w zakresie zmniejszenia ilości odpadów. Cele te obejmują np. wspólny unijny cel dotyczący recyklingu 65% odpadów komunalnych do 2030 r. Pakiet zwraca też uwagę na odpady biodegradowalne. Zgodnie z założeniami GOZ odpady ulegające biodegradacji powinny zostać selektywnie zebrane, a następnie użyte w sposób kaskadowy w kolejnych generacjach produktów bazujących na początkowej biomasie. Co ciekawe taka ścieżka zagospodarowania odpadów organicznych nie przewiduje spalania, ponieważ proces ten niszczy zawarte w nich związki organiczne ważne dla użyźniania
gleb [Bachorz 2017].
Główne grupy odpadów ulegających biodegradacji to (zgodnie z katalogiem odpadów):
- grupa nr 2 (odpady z rolnictwa, ogrodnictwa, upraw hydroponicznych, rybołówstwa, leśnictwa, łowiectwa oraz przetwórstwa);
- grupa nr 3 (odpady z przetwórstwa drewna oraz z produkcji płyt i mebli, masy celulozowej, papieru i tektury);
- grupa nr 19 (odpady z instalacji i urządzeń służących zagospodarowaniu odpadów, z oczyszczalni ścieków oraz z uzdatniania wody pitnej i wody do celów przemysłowych);
- grupa nr 20 (odpady komunalne łącznie z frakcjami gromadzonymi selektywnie).
Frakcja bio odpadów komunalnych
Zgodnie z danymi GUS-u w 2016 roku na jednego mieszkańca Polski przypadało średnio 303 kg zebranych odpadów komunalnych, czyli o 20 kg więcej niż rok wcześniej, łącznie było to 11,6 mln ton. Od 1 lipca 2017 roku w kraju zaczęły obowiązywać jednolite zasady selektywnego zbierania odpadów, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska, wprowadzającego tzw. Wspólny System Segregacji Odpadów (Dz. U. z 2017 r. poz. 19).
Rozporządzenie ujednolica proces zbierania odpadów w całym kraju. Ministerstwo Środowiska dało 5 lat lokalnym samorządom na dopasowanie gospodarowania odpadami do nowych warunków. Jednak uważa się, że zmiany wymuszą niski poziom recyklingu (wzrost o 0,7% w skali roku), który jest nieadekwatny do wymagań Unii Europejskiej.
Obowiązek prowadzenia (zorganizowania) przez gminy selektywnej zbiórki odpadów komunalnych, w tym odpadów biodegradowalnych, wynika z samej ustawy o utrzymaniu czystości i porządku w gminach z dnia 13 września 1996 r. (Dz. U. z 2017 r. poz. 1289). Regulamin gminny nie może znieść obowiązku selektywnej
zbiorki odpadów biodegradowalnych gdyż byłoby to sprzeczne z ustawą. Na podstawie art. 3c ustawy UCPG 22 grudnia 2017 r. opublikowano Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 grudnia 2017 r. w sprawie poziomów ograniczenia składowania masy odpadów komunalnych ulegających biodegradacji (Dz. U. z 2017 r. poz. 2412). Rozporządzenie weszło w życie z dniem 31 grudnia 2017. Jest brakującym ogniwem do nowelizacji ww. aktu z roku 2011, w której wprowadzono tzw. nowy system gospodarki odpadami komunalnymi, w tym obowiązki gmin dotyczące m.in. ograniczania masy odpadów komunalnych
ulegających biodegradacji przekazywanych do składowania. W art. 3 ust. 2 pkt 5 UCPG wskazuje się, że „gminy ustanawiają selektywne zbieranie odpadów komunalnych obejmujące co najmniej następujące frakcje odpadów: papieru, metalu, tworzywa sztucznego, szkła i opakowań wielomateriałowych oraz odpadów komunalnych ulegających biodegradacji, w tym odpadów opakowaniowych ulegających biodegradacji”, przy czym przez ustanowienie należy rozumieć zorganizowanie, stworzenie warunków do selektywnego zbierania w/w frakcji odpadów. W rozporządzeniu określono poziomy ograniczenia masy odpadów komunalnych ulegających biodegradacji przekazywanych do składowania, które gmina jest obowiązana osiągnąć w poszczególnych latach – w 2017 45%, w 2018 – 40%, w 2019 – 40%, a w do 31 lipca 2020 r – 35%.
Raport Głównego Urzędu Statystycznego „Ochrona środowiska 2017” podał, że w roku 2016 selektywnie zebranych zostało w Polsce 2 942 300 ton odpadów, co stanowi 25 proc. masy wszystkich odpadów komunalnych. Jest to wynik lepszy niż rok wcześniej, kiedy GUS odnotował 2 230 800 ton odpadów zebranych selektywnie, odpowiadających wówczas za 20 proc. masy odpadów komunalnych. Największą część odpadów zebranych selektywnie stanowią bioodpady: w
skali całego kraju to 28 proc., pamiętać jednak należy że sama zbiórka to nie wszystko liczy się przede wszystkim sposób przetwarzania i możliwość włączenia przetworzonych odpadów ponownie w cykle technologiczne.
Bio odpady z rolnictwa i przemysłu spożywczego
Uprawa roslin, chów zwierząt i przemysł przetwórczy wytwarzają każdego roku ogromne ilości odpadów organicznych zarówno w formie płynnej i pół-stałej. Do organicznych odpadów rolniczych (stałych, płynnych albo półstałych) należą:
- naturalne pozostałości (słoma zbożowa, kukurydziane i bawełniane odpady, łodygi winorośli itp.),
- pozostałości zwierzęce (mocz i kał zwierząt, pomiot drobiu, ściółka itp.),
- rolno-przemysłowe odpady po procesach technologicznych.
Odpady organiczne z rolnictwa i przemysłu spożywczego zawierają cenne substancje, które są istotne dla żyzności gleby. Wymagają jednak odpowiedniego przetworzenia. Mogą być kompostowane, poddane fermentacji, elektrodializie, utlenianiu lub też przetwarzane w tzw. biokomponenty (bioetanol, ester metylowy). W dokumencie Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce w latach 2010–2020 założono, że w każdej polskiej gminie do 2020 roku powstanie średnio jedna biogazownia wykorzystująca biomasę pochodzenia rolniczego przy założeniu posiadania przez gminę odpowiednich warunków do uruchomienia takiego przedsięwzięcia [KPGO 2016]. Zgodnie z art. 24 ust. 1 ustawy z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz. U. z 2018 r. poz. 1269, z późn. zm.), organem prowadzącym rejestr wytwórców biogazu rolniczego jest Dyrektor Generalny Krajowego Ośrodka Wsparcia Rolnictwa. Stan na dzień: 14.09.2018
r. wskazuje na 85 wytwórców biogazu rolniczego, roczna wydajność instalacji do wytwarzania biogazu wynosi 405 175 966,8 m3/rok.
Pamiętać jednak należy, że biogazownie generują duża ilość odpadu tzw. pofermentu , który wymaga zagospodarowania.
Komunalne osady ściekowe
Komunalne osady ściekowe zgodnie z danymi GUS-u powstały w 2016 roku na 3253 komunalnych oczyszczalni ścieków w ilości 568,3 tys. ton s.m. Stosowanie osadów ściekowych do gleb reguluje ostatnia nowelizacja Rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie komunalnych osadów ściekowych z dnia 6 lutego 2015 r. Zwiększyły się wymogi wobec rolników, stosujących osady ściekowe na swych polach. Jednak przyrodnicze zagospodarowanie osadów wciąż dominuje – w 2016 roku było to 40%, w tym około 20% to bezpośrednie stosowanie w rolnictwie. Jednak pomimo tego, że jest to najtańsza metoda zagospodarowania osadów, zawartość zanieczyszczeń normowanych (metali ciężkich) systematycznie spada, wiele oczyszczalni ma problem ze znalezieniem rolników, którzy będą chcieli stosować osady ściekowe na swoje pola (Kacprzak, 2018).
Produkty organiczno-wapniowe z serii OrCal® i OrCal® pHregulator®
Zgodnie z Decyzją Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi nr 183/07 z 2007 r OrCal® i nr G-653/17, produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® zostały zaklasyfikowane jako nawóz organiczno-mineralny oraz środek poprawiający właściwości gleby do zastosowania na gruntach ornych oraz do rekultywacji gruntów. W ich skład wchodzą związki wapnia (Ca) oraz związki organiczne. Część organiczna produktów z serii Or-Cal® i OrCal® pHregulator® składa się z szeregu związków organicznych powstałych w procesie przemian hydrolitycznych wyjściowej substancji organicznej. W reaktorach RCal 120 oraz RCal 250 (fot. 1) w obecności wody i pary wodnej oraz tlenku i wodorotlenku wapnia temperatura wynosi 60–140°C (fot. 2). Warunki te sprzyjają rozkładowi substancji organicznej do związków bioaktywnych: białek, polipeptydów, peptydów, aminokwasów, związków aromatycznych, glikoproteidów, flawonoidów, estrów, prekursorów fitohormonów i regulatorów wzrostu.
Związki wapnia, to związki powstające w reaktorach po wymieszaniu tlenku wapnia bardzo wysokiej reaktywności WapCal® (zgodnego z normą R.292513 ) z wodą zawartą w surowcu organicznym. W egzotermicznej reakcji powstają wodorotlenek wapnia (hydrat wapnia), węglan wapnia oraz sole wapniowe kwasów organicznych.
W procesie technologicznym cząsteczki substancji organicznej są pokrywane tlenkiem wapnia WapCal® (certyfikowany reagent WapCal®), który w reakcji z wodą i ditlenkiem węgla (reakcja karbonizacji) tworzy trwałe węglany wapnia, które otoczkują związki organiczne i substancje mineralne w nich zawarte. Sprawia to, że po zastosowaniu do gleb, nie ulegają one szybkiemu rozkładowi (mineralizacji), lecz stopniowo uwalniają. Z tego powodu, w tytule patentu chroniącego
prawa własnościowe do zmodyfikowanej technologii mowa jest o „wytwarzania nawozu o kontrolowanym uwalnianiu”. To kontrolowane uwalnianie dotyczy właśnie związków organicznych, otoczkowanych węglanami wapnia tj. CaCO3. Pod względem chemicznym, 1 tona produktów z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® zawiera około 47 kg azotu (N), około 25 kg fosforu (P2O5), 13,8 kg potasu (K2O) oraz co najmniej.
250 kg wapnia (CaO). Stanowią one źródło składników pokarmowych dla roślin uprawnych oraz pożytecznych mikroorganizmów gleby. Produkty OrCal® występują w postaci gruzełkowatej, o różnej średnicy i kształcie gruzełków (fot. 3). Poddaje się go dodatkowemu przesiewaniu, w celu uzyskania bardziej jednorodnego materiału, co umożliwia jego wysiew przy pomocy rozsiewaczy. Produkty z serii OrCal i OrCal pHregulator powstają jedynie przy użyciu certyfikowanego reagenta WapCal® (BWR – wapna Bardzo Wysokiej Reaktywności) akredytowanego dla Technologii FuelCal® zgodnego z wewnętrzna
normą zakładową nr R.292513 opisaną i certyfikowaną przez dostawcę Technologii FuelCal® firmę Evergreen Solutions Sp. z o.o.
Efektywność produktów z serii OrCal® i OrCal® pHregulator®
Odkwaszanie gleby
Związki wapnia w nawozie, a szczególnie powstałe jony OH- (z dysocjacji w glebie hydratu wapnia i węglanów wapnia), łączą się z jonami wodorowymi H+ skutecznie podwyższając pH roztworu glebowego. Według dr hab. Piotra Szulca z UP Poznań wzrost pH pod wpływem produktów z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® wyniósł nawet o 1–1,5 jednostki pH w ciągu 2–3 miesięcy (rys. 2). W tym doświadczeniu prowadzonym przez UP Poznań, nawożenie NPK spowodowało lekkie obniżenie pH gleby, w porównaniu do kontroli, bez nawożenia NPK.
Zwiększanie zawartości substancji organicznej w glebie
Produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator ® zawierają co najmniej 20% masy organicznej w suchej masie. W praktyce, zawartość masy organicznej może być dużo wyższa, gdyż substancja organiczna jest zaotoczkowana węglanami wapnia i w standardowych analizach chemicznych (spalanie w temperaturze 550 °C)
tylko jej część jest określana. W praktyce, zawartość masy organicznej oceniana metodą spalania w temperaturze 750 °C wynosi ponad 50% w suchej masie nawozu.
Przy powszechnym spadku zawartości masy organicznej w glebach uprawnych, produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® może być dobrym źródłem jej uzupełniania i odbudowy próchnicy glebowej. Tym bardziej, że jest to substancja częściowo rozłożona do form prostych, a więc bardziej przydatna do budowy związków próchnicznych.
Wzrost zawartości substancji organicznej w glebie, w połączeniu z dużą ilością kationów wapnia Ca++ doskonale wpływa na poprawę struktury gleby. Jony wapnia Ca++ tworzą mostki łączące części mineralne i organiczne gleby, sprzyjają agregatowaniu drobnych cząsteczek gleby. Struktura gruzełkowata gleby, która tworzy w takim procesie, jest warunkiem odtworzenia poprawnych stosunków powietrzno-wodnych i systemu kapilar, które odprowadzają nadmiary wody lub doprowadzają wodę do korzeni z głębszych warstw gleby, w przypadku suszy. Prawidłowe napowietrzenie gleby wskutek poprawy jej struktury warunkuje także wzrost korzeni, które, tak jak części nadziemne rośliny, potrzebują tlenu do wzrostu. Tlenu atmosferycznego potrzebują także organizmy zasiedlające
ryzosferę i wspomagające roślinę w pobieraniu składników pokarmowych oraz pełniące funkcje ochronne dla korzeni.
Stymulacja wzrostu i rozwoju systemu korzeniowego oraz mikroorganizmów glebowych
Optymalizacja odczynu pH gleby jest czynnikiem, który sam w sobie stwarza korzystne warunki dla rozwoju korzeni roślin, a szczególnie delikatnych włośników. W niskim pH, w glebach kwaśnych dochodzi do zahamowania wzrostu korzeni przez jony glinu Al+++, które masowo uwalniają się do roztworu glebowego
z kompleksu sorpcyjnego i minerałów ilastych. Zastosowanie produktów z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® znacznie ogranicza toksyczność glinu i wodoru, pozwalając rozwijać się korzeniom roślin w sposób prawidłowy. Ponadto, związki powstające wskutek rozkładu substancji organicznej nawozu OrCal®, stymulują wprost stożki wzrostu korzeni i włośników.
Produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® oddziaływują też korzystnie na rozwój i namnażanie się pożytecznej flory grzybowej i bakteryjnej gleby pomagając w utrzymaniu prawidłowej homeostazy w glebie. Jest to skutek zmiany pH, oraz działania bioaktywnych związków organicznych, pochodzących z hydrolizy substancji organicznej zawartej w nawozie.
Na polach jest to zauważalne w postaci szybszej mineralizacji resztek pożniwnych. Zresztą potwierdzają to zalecenia producenta, który rekomenduje zastosowanie produktów z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® na ściernisko, tuż po zbiorze roślin, oraz opinie użytkowników, którzy zdecydowanie podkreślają efektywność
takiego zabiegu i jego skuteczność w rozkładzie słomy.
Dostarczanie roślinom mineralnych składników pokarmowych
Jedna tona produktów z serii OrCal® i Or-Cal® pHregulator® zawiera około 47 kg azotu (N), około 25 kg fosforu (P2O5), 13,8 kg potasu (K2O) oraz co najmniej 250 kg wapnia (CaO). Oprócz tego, w nawozie są magnez i mikroelementy. Mimo, że nie są to duże ilości, to biorąc pod uwagę fakt, że uwalniają się stopniowo
z gruzełków otoczkowanych skorupką węglanu wapnia, można zakładać, że będą wykorzystane w całości w ciągu okresu wegetacyjnego- stopniowo w zależności od aktywności glebowej. Dla porównania, z nawozów mineralnych, rośliny wykorzystują tylko od 70 do 30% składników pokarmowych. Z pewnością OrCal® można potraktować jako dobre źródło wapnia i naturalnych składników odżywczych dla roślin. Wapń jest pierwiastkiem, który odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie ścian komórkowych, ich sztywność, przepuszczalność i selektywność. Wapń reguluje także podziały komórek i wzrost tkanek. Wapń ogranicza skutki stresów, neutralizując reaktywne formy tlenu (ROS), które powstają podczas stresów i działają destrukcyjnie na organelle komórkowe. Wapń uczestniczy także w mechanizmach przekazywania sygnałów ze środowiska. Skala zmian stężenia wapnia w roślinie jest dla niej informacją o rodzaju i natężeniu bodźca środowiskowego. Ponieważ zmiany tego typu następują w bardzo dużej ilości komórek, możliwa jest reakcja całej rośliny, np. zmiana ustawienia liści, stałe podążanie (ze wschodu na zachód) tarczy słonecznika za słońcem.
Kwintesencją efektów, które wywołują produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® jest plonowanie roślin. Zrozumiałym jest, że rolnik nie stosuje nawozów, tylko w celu poprawy jakości gleby, lub poprawy warunków życia dla mikroorganizmów gleby. Nawozy stosuje się w celu wywołania określonego i pożądanego
efektu w postaci wzrostu plonu, jego jakości, lub chociażby po to, aby zabezpieczyć się przed spadkiem plonu.
W badaniach wazonowych w IUNG PIB w Puławach, wcześniej przytoczonych, uzyskano wzrost plonów jęczmienia i kukurydzy, w stosunku do kontroli bez wapnowania (tab. 1 i 2). W przypadku plonu ziarna jęczmienia wzrost wynosił on od 29 do 40% (w zależności od dawki nawozu OrCal®). W przypadku kukurydzy badano wpływ nawozu OrCal® na plony świeżej i suchej masy całych roślin. W warunkach wazonowych, wzrost ten wynosił od 5 do ponad 10% w przypadku suchej masy roślin z wazonu. Należy jednak pamiętać, że doświadczenia wazonowe nie są odpowiednim sposobem na badania nad kukurydzą, ze względu na duże rozmiary tej rośliny i jej duże potrzeby wodne. Wpływ nawożenia na kukurydzę, w doświadczeniu polowym, w ubiegłym roku badał zespół z Uniwersytetu Przyrodniczego z Poznania [Szulc 2018]. W ciekawie dobranej metodyce kontrolą był obiekt bez nawożenia NPK i bez zastosowania OrCal® oraz z nawożeniem NPK i bez zastosowania OrCal®. Obiektami doświadczalnymi były dwie kombinacje:
- pełna dawka NPK plus OrCal®,
- połowa dawki NPK plus OrCal®.
Oczywiście, zastosowanie nawożenia NPK, w porównaniu od kontroli bez nawożenia spowodowało wzrost plonu kukurydzy (rys. 3). Dodanie nawożenia OrCal® do nawożenia NPK spowodowało dalszy przyrost plonowania. Najciekawsze była jednak sytuacja na czwartym obiekcie, z obniżoną dawka NPK i zastosowaniem OrCal®. Okazało się, że plon ziarna kukurydzy, w tej kombinacji był prawie równy plonowi ziarna z kukurydzy nawożonej pełną dawką NPK i OrCal®. Wniosek
nasuwa się tylko jeden: przy zastosowaniu nawozu OrCal® można obniżyć dawki nawozów NPK z zachowaniem takiego poziomu plonowania, jak w przypadku pełnego nawożenia azotowo-fosforowo-potasowego.
Należy jednak być ostrożnym i nie wyciągać pochopnych wniosków na podstawie wyników z doświadczenia z jednej lokalizacji i jednego roku badań. Jednak wielu rolników używających OrCal® systematycznie, obniża dawki nawozów, szczególnie fosforowych i potasowych. Wynika to z tego, że OrCal® poprzez
poprawę parametrów gleby, zwiększenie mineralizacji substancji organicznej łatwość jej przyswajania, sprzyja uwalnianiu do roztworu glebowego składników pokarmowych, dotychczas niedostępnych dla roślin.
Podsumowanie
Gospodarka obiegu zamkniętego powoli staje się koniecznością. Przetwarzanie odpadów biodegradowalnych w nawozy organiczno-mineralne (np. OrCal®) to proces technologiczny który z jednej strony wypełnia zasady gospodarki obiegu zamkniętego, a z drugiej tworzy produkty przyjazne dla środowiska. Działanie nawozu OrCal® na rośliny można podzielić na dwa rodzaje:
1. Bezpośredni wpływ, czyli dostarczanie składników pokarmowych (mineralnych i organicznych), stymulację korzeni (szczególnie włośników) do wzrostu i rozwoju. Mimo, że OrCal® zawiera niedużo pierwiastków przydatnych dla roślin, należy je uwzględniać w ocenie nawozu i kalkulowania planu nawożenia
uprawy.
2. Pośredni wpływ, czyli regulację pH gleby, wzbogacanie gleby o substancję organiczną, stymulowanie rozwoju pożytecznych mikroorganizmów glebowych, poprawę parametrów fizycznych i chemicznych gleby i inne. Wszystkie te efekty, w sumie przyczyniają się do stworzenia roślinom uprawnym lepszych warunków do wzrostu, do rozwoju oraz plonowania.
