Új komposztálási technológiák a mezõgazdaságban

Elõzmények



Az elmúlt évtizedek során és a feldolgozott anyagok palettáját is figyelembe véve számos technológia mutatkozott be, illetve terjedt el, melyek jelentõsen megnõtt gépesítettség iránti igényével is számolnunk kell. A komposztálás, mint eljárás rehabilitációját a ‘80-as években a mezõgazdaságban kialakuló iparszerû termelésnek, a természetes környezetre kifejtett káros hatása, a szervestrágya-visszapótlás helyett a mértéktelen és ésszerûtlen mûtrágyázás, a talajok szervesanyag-tartalmának oktalan felélése újra elõtérbe helyezte. A talajok degradációja melletti további igen komoly probléma ezen anyagok feldolgozásának és megsemmisítésének kérdése is.



A komposztok ezen túl igen fontos talajjavító és trágyázó szerek, de felhasználásuk alkalmával jelentkezõ kedvezõ tulajdonságaikat csak akkor tudjuk tökéletesen kihasználni, ha optimálisan illesztjük azokat a levegõ–talaj–növényzet rendszerhez. Az eljárás a nehezen oldódó ásványi anyagok felvételének megkönnyítését, stabil talajszerkezetet, jobb levegõ-, hõ- és vízgazdálkodást, lassabb tápanyag-felszívódást és nagyobb tápanyag-tároló képességet befolyásoló kedvezõ hatásával, a termés mennyiségét és minõségét is kimutathatóan javítja. Mivel a mûtrágyázásnak és az állattartó telepek szennyezõ hatásának köszönhetõen a talajok nitráttartalma jelentõsen megemelkedett, igen lényeges szempont a környezet nitrátterhelésének csökkentése is. Ezzel szemben kísérletileg bizonyított a komposztálás nitrátcsökkentõ hatása.



A szilárd állati trágyák kezelése alkalmával nemcsak azok felhasználását oldjuk meg, hanem tökéletesen eleget teszünk az igen szigorú hazai és nemzetközi környezetvédelmi elõírásoknak is. Hasonlóan nagy gondot jelentenek a hígtrágyás rendszerû telepek tetemes mennyiségû és összetételüknél fogva szintén veszélyes hulladékai. Ezek szétválasztás utáni szilárd fázisának lebontását ugyancsak elõtérbe kell helyeznünk.



Emellett további reflektált feladat a kommunális hulladékok kezelése is. Az EU országokban a feldolgozás legpraktikusabb módját a lerakóba történõ tárolást és megsemmisítést ma már törvények szigorítják. Sõt 5%-nál nagyobb szervesanyag-tartalom esetén – elõzetes szelektív begyûjtésüket követõen – azok komposztálás útján történõ feldolgozását kötelezõ érvénnyel írják elõ (Alexa-Dér, 1998).



A gyakorlatban alkalmazott különbözõ európai és tengeren túli komposztálási módszereket a kialakításra kerülõ technológiai szintek alapján osztályozzák. Ezen különbözõ komposztálási technológiák és módszerek eltérõ mértékben, de mindenképp terhelik a talaj–víz–levegõ környezeti rendszert nitrát- és nehézfémtartalmukkal, csurgaléklé és kondenzációs víztartalmukkal, valamint szag- és porhatásukkal. Az emissziós értékeket szigorú elõírások korlátozzák.



A következõkben bemutatásra kerülõ és fóliatömlõre alapozott komposztkészítési eljárások kialakításuknál fogva mérséklik, vagy szüntetik meg  az említett káros és környezetterhelõ tényezõket. Ennek köszönhetõen növelhetõ a visszanyerhetõ és hasznosítható anyagmennyiség is.



Mindezek figyelembe vételével célunkként olyan univerzális és nem csak a mezõgazdaságban, hanem a kommunális szférában is használható eljárások kifejlesztését céloztuk meg, melyek a szükséges lebomlási folyamatokat magas mûszaki színvonalon és minimális veszteségek mellett, definiált módon tudják végrehajtani. A komposztkészítési mûveletekhez egyrészt a biomasszának, illetve a mezõgazdaság egyéb szemes, szálas- és tömegtakarmányainak tartósítására és tárolására kialakított gépeket adaptáltunk, másrészt pedig speciálisan erre a feladatra kifejlesztett berendezést alkalmaztunk.



A különbözõ konstrukciójú vezérgépekre alapozott és alacsonyabb fajlagos beruházási költséggel rendelkezõ, fóliatömlõbe történõ préselési és töltési technológiák amellett, hogy minimális élõmunka-felhasználással rendelkeznek, részben kiküszöbölik, vagy lényegesen csökkentik a konzervatív komposztálási eljárások veszteséginek nagyságát. Alkalmazásuk talán legnagyobb erénye az, hogy rugalmasan illeszthetõk a különbözõ méretû vállalkozási konstrukciókhoz és egyedülálló módon tesznek eleget a szigorú környezetvédelmi elõírásoknak is.



Gépkiválasztás és vizsgálatok



A témakörben végzett kutatási és fejlesztési feladatok keretében a komposztfóliák töltését két különbözõ csigás (Apiesse Roto Press TCR 300 K (1. ábra) és Europe olasz konstrukciók), illetve dugattyús (Bagger CT 5 német konstrukció) préselési és töltési módszerrel hajtottuk végre. Ehhez komposztálandó anyagként almos istállótrágyát és ülepített szennyvíziszapot, valamint vegyes kommunális hulladékot használtunk.

Mindezek mellett feladatunkként a tartósítás és tárolás gyakorlatában jól ismert csigás rendszerû silófólia-töltõ berendezés, komposztkészítéshez szükséges átalakítását, valamint az említett további gépkonstrukciók alapvetõ mûszaki és energetikai jellemzõinek meghatározásán keresztül, azok technológiai alkalmasságának megállapítását jelöltük meg.



Az olasz berendezések közül az Europe (2. ábra) konstrukciós kialakításánál fogva alkalmas komposztfólia töltésére is, a TCR 300 K típus esetében viszont a szellõztetõ csövek bevezetéséhez szükséges átalakításokat a préselés mûvelete elõtt kellett elvégezni. Az átmérõjükben azonos, de perforációjukban, hosszukban és darabszámukban a fóliatömlõkhöz igazodó szellõztetõcsövek táplálásához alacsony nyomású és légszállítású, idõre programozott radiálventilátorokat használtunk.

Az FVM Mezõgazdasági Gépesítési Intézet vizsgálataiban az olasz gépekre alapozott technológiáknál az Ø 3 m × 45 m × 0,24 mm méretû speciális anyagú tömlõkbe a TCR 300 K gép esetén a 32,6 t keményfa-aprítékból és a 34,8 t almos szarvasmarhatrágyából készült, 48/52%-os tömegarányú, átlagosan 53,3% nedvességtartalmú, illetve 353,4 kgm–3 térfogattömegû alapanyag betöltés elõtti összekeverését egy négycsigás Luclar Arizona takarmánykeverõ berendezés, majd ezt követõ betárolását pedig egy Case 1840 rakodógép végezte el. Az Europe gép esetén egy Backhus 545 átforgató berendezéssel 6390 kg 16,1%-os gabonaszalma, 10 000 kg 25,6% nedvességtartalmú kukoricaszár és 40 000 kg 30% szárazanyag-tartalmú ülepített szennyvíziszap keverése történt meg. Ezt követõen a 43,7% szárazanyag-tartalmú és 56 930 kg tömegû szennyvíziszap-kukoricaszár-szalma keverék beadagolását egy Stoll Robust F 50 HDP homlokrakodóval szerelt Doppstadt Trac 160 traktor hajtotta végre.



A Bagger CT 5 gépnél (3. ábra) alkalmazott Ø 1,65 m × 60 m × 0,16 mm méretû fóliatömlõbe egy Fiat-Hitachi FB 110-4PS/E rakodógéppel, a tömegarányokat figyelembe véve 45%-ban 59,6% nedvességtartalmú falomb, 20%-ban 42,3% nedvességtartalmú fûrészpor alapú lovardai alom, 20%-ban 34,7% nedvességtartalmú fa- és 10%-ban 68,1% nedvességtartalmú fûnyesedék, illetve 5%-ban 15,6% nedvességtartalmú szalma került betárolásra.

A vizsgálatok alkalmával a mûveleti- és idõkihasználási mutatók, a fajlagos energiafelhasználási jellemzõk, valamint a töltési folyamatok anyagteljesítményének meghatározása az alapanyagok és keverékek fizikai (szárazanyag-tartalom, a hézagtérfogatot biztosító legfontosabb alkotórészek mérete, illetve eloszlása, térfogattömeg), illetve a folyamatok mûszaki és technológiai (betárolt tömegek, a kiszolgáló gépek és berendezések anyagteljesítménye, az MGISZ 003:2001 számú házi szabvány szerinti, egyszerûsített szorosüzemi vizsgálatok mûvelet- és idõelemei, a töltési mûveletek nyomás- és sebességviszonyai, a kiszolgáló gépek teljesítménye, a meghajtást végzõ erõgépek hajtóanyag-fogyasztása) jellemzõinek mérésével, valamint ezen mérési eredmények felhasználásával valósult meg.

A berendezések tesztelése és használhatóságuk



A különbözõ konstrukciós kialakítású berendezések mûszaki összehasonlítását azok technológiai és energetikai vizsgálatai alapján végeztük, használhatóságuk pedig az üzemelési és üzemeltetési mutatók alapján került meghatározásra.



A komposztfólia-töltõ berendezések vizsgálata során a fent részletesen kifejtett anyagjellemzõk melletti töltési mûveletek alap- és produktív idõre vonatkoztatott teljesítményértékeit az 1. táblázatban foglaltuk össze.

A vizsgálatok szerint a 68,7 th–1 értékû legnagyobb töltési teljesítményt almos istállótrágya esetén az átalakított TCR 300 K berendezéssel értük el, míg a legkisebbet 43,8 th–1-t, a hasonló konstrukciójú biomassza-töltõ gép esetében mértük. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy ezt az értéket a felhasznált anyagok között a legnehezebben betárolható és komposztálható, ülepített szennyvíziszap idézte elõ. Ennek megfelõen a teljesítmények közötti lényeges különbségek a konstrukciós kialakításokon túl, egyértelmûen a betárolásra került anyagféleségek okozta terhelésállapot-viszonyokkal magyarázhatók. Ezért hatásukat a térfogattömeg-egységre vonatkoztatott anyagteljesítmények alapján célszerû kiértékelni.



Mindezek figyelembe vételével a dugattyús rendszer a csigással megközelítõleg hasonló (mintegy 5%-kal nagyobb, 104 th-1/kgm-3 értékû) fajlagos teljesítményt produkált. A csigás gépeknél a produktív teljesítmények nagyságát azok kiszolgálása, a dugattyús gép esetén pedig az, valamint a konstrukció mûködési elve, együttesen határozta meg.



A STEYR 9190 traktorral 1000/1980 fordmin-1 TLT/motor-fordulatszámmal meghajtott Apiesse Roto Press TCR 300 K, a SAME SILVER 180 traktorral 540/1760 TLT/motor-fordulatszámmal meghajtott Apiesse Roto Press Europe és a HONDA GX 390 egyhengeres benzinüzemû motorral üzemeltetett Bagger CT 5 komposztkészítõ berendezések alap-, valamint produktív idõre vonatkoztatott energetikai jellemzõit a 2. táblázatban mutatjuk be.

A táblázat adatai alapján látható, hogy a végtermékek tömegegységére vonatkoztatva az átalakított univerzális TCR 300 K berendezés az almos szarvasmarhatrágya töltését 6,0 MJt-1, az Europe biomassza-töltõ gép 15,7 MJt-1, míg a CT 5 komposztfólia-töltõ gép 1,0 MJt-1 energiafelhasználás mellett hajtotta végre. Míg a fajlagos teljesítményjellemzõk esetében a két különbözõ rendszer megközelítõleg hasonló eredményeket mutatott, addig a fajlagos energiafelhasználás egyértelmûen bizonyította a dugattyús konstrukció meggyõzõ, egy helyiértékkel alacsonyabb szintjét. A fajlagos teljesítmények alapján számított energiafelhasználás ugyanitt további, megközelítõleg 46%-os javulást is eredményez.



Megállapítások és a berendezések alkalmazási területei



A mezõgazdasági és kommunális hulladékok, valamint az állattartótelepi szilárd trágyák komposztálási technológiáinak fejlesztése céljából a mezõgazdasági termények tartósítására és tárolására már eredményesen alkalmazott silófólia-töltési eljárások adaptálása sikeresen befejezõdött. Ezzel párhuzamosan megindult a speciális dugattyús komposztkészítõ gép vizsgálata és az azt követõ gyakorlati bevezetése is. Megállapítható volt, hogy az Apiesse Roto Press csigás rendszerû gépcsalád TCR 300 K és Europe típusai mind a mezõgazdasági szemes, illetve szálas és tömegtakarmányok, valamint melléktermékek tartósítására és tárolására, mind pedig az állattartó telepi trágyák, illetve a mezõgazdasági és kommunális hulladékok komposztálására (TCR 300 K átalakítással, Europe típus közvetlenül) alkalmasak. Komposztkészítéskor a silózáshoz alkalmazott fóliatömlõk azzal a megkötéssel használhatók, hogy ekkor nem a takarmánypréselési folyamatokhoz hasonló nyomásviszonyok és magas térfogattömeg, hanem a szellõztetéshez szükséges hézagtérfogat megvalósítása a cél.



Teljesítményük megfelelõnek ítélhetõ, viszont univerzalitásukból adódóan annak nagyságát egyrészt az anyagfogadási és betárolási, másrészt pedig a csigás préselési rendszerük behatárolja. Így heterogén és nagyméretû, illetve ragacsos konzisztenciájú anyagok a présházba beágyazódva, illetve a csiga mûködését akadályozva csökkentik a teljesítményt, míg a mûveletek alacsony idõkihasználási mutatói pedig, rontják a folyamatok üzembiztosságát.



A Bagger CT 5 típusjelû dugattyús rendszerû berendezés speciális komposztkészítõ gép, ennek köszönhetõen az általa megvalósított eljárás is optimalizált. Az alkalmazott fóliatömlõk geometriai méretüket és vastagságukat, illetve anyagösszetételüket és színüket tekintve a konkrét mûveletekhez lettek kialakítva, melynek következtében áruk is kedvezõbben alakul.



A gépet nagyméretû garatos kialakítású anyagfogadó részegysége mindennemû anyag betárolására alkalmassá teszi. A komposztálandó anyagok fóliatömlõbe történõ betárolását a dugattyús rendszer nem préseléssel, hanem löketszerû adagtovábbítással végzi. Ennek köszönhetõen a széles méretskálájú és konzisztenciájú hulladékok töltésére is alkalmas. Teljesítménye a dugattyús rendszer mûködésébõl adódó üresjárat ellenére is a nagykapacitású csigás rendszerekével vetekszik. Magasabb teljesítmények biztosításához a gépcsalád nagyobb kapacitású egyedei szükségesek. Kisebb tömegének, csõbevezetési technikájának és meghajtását biztosító belsõégésû motorjának köszönhetõen nem csak minimális fogyasztásával, hanem egyszerû üzemeltetésével, illetve a szállításából és mozgásviszonyaiból adódó praktikumainak köszönhetõen, a komposztkészítés meghatározó konstrukciójává vált.

A berendezések optimális üzemeltetéséhez az alábbiak figyelembevétele szükséges:

• a csigás és dugattyús rendszerû gépekkel éves szinten minimum 3500–5000 t anyagmennyiség préselése, vagy töltése,

• a csigás présrendszerû berendezések meghajtásához megfelelõ mûszaki állapotú, minimum 80 kW motorteljesítményû traktor alkalmazása,

• a dugattyús töltõrendszerû berendezések meghajtásához megfelelõ mûszaki állapotú, minimum 9 kW motorteljesítményû belsõégésû motor használata,

• a fogadás és kiszolgálás, valamint töltés mûveleteinek pontos összehangolása,

• a csigás és dugattyús prés-, illetve töltõegységek terhelésvédelme érdekében egyenletes és folyamatos kiszolgálás,

• az üzemeltetõ traktor és a csigás rendszer mechanikus, illetve hidrosztatikus, valamint az üzemeletetõ belsõégésû motor és a dugattyús rendszer hidrosztatikus meghajtásának tökéletes összhangja,

• a fóliatömlõk lefektetéséhez sima, egyenletes és maximum 3°-os lejtésû terület kialakítása,

• az optimális töltési viszonyok létrehozásához a szellõztetõcsövek megfelelõ elõkészítése és illesztése,

• az optimális levegõztetési viszonyok biztosításához, megfelelõ légtechnikai jellemzõkkel rendelkezõ ventilátor és szellõztetési forgatókönyv alkalmazása,

• az adott fóliatömlõknél a szellõztetõ levegõ szabályozott körülmények közötti eltávolítása érdekében minimum 6–8 m-enként speciális szelepek beépítése,

• a fóliatömlõk hossztengelyének a helyes nyomás- és mozgásviszonyok beállításával történõ stabilizálása,

• a fóliatömlõk alaktartásához a komposztálandó anyagok függvényében megfelelõ szárazanyag-tartalom, szecska-, nyesedék- és aprítékméret, valamint térfogattömeg biztosítása,

• a különbözõ komposztálandó anyagokhoz és azok fizikai jellemzõihez megfelelõ nyomásviszonyok megválasztása,

• a lebomlási folyamatok elõsegítése érdekében a nehezen komposztálható anyagféleségekhez folyadék halmazállapotú adalékanyagok kijuttatása.

Mindezek figyelembevételével a berendezések mezõgazdasági állattartó-telepi szilárd trágyák, illetve kommunális hulladékok kezelése esetén, a mezõgazdasági kis-, közép- és nagyvállalkozások, valamint a kis létszámú települések és a bérvállalkozások számára javasolhatók.