Rozkład wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w procesie dojrzewania kompostu

Regulacje prawne Unii Europejskiej i Polski zmuszają do reorganizacji gospodarki odpadami w Polsce. Między innymi wskazują konieczność ograniczenia składowania odpadów które ulegają biodegradacji. Do dnia 31 grudnia 2010 roku ich ilość nie może przekroczyć 75% masy tych odpadów wytworzonych i składowanych w roku 1995 (ustawa o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001). Z drugiej jednak strony komposty wytwarzane z odpadów komunalnych nie mają szerokiego rynku zbytu z uwagi na ograniczenia wynikające z zawartych w nich zanieczyszczeń przekraczających wymogi m.in. ustawy o nawozach i nawożeniu (z dnia 10 lipca 2007). Zanieczyszczenia organiczne (w tym także PAHs) zawarte w produkowanych kompostach limitują przepisy obowiązujące w Austrii (6 mg/kg s.m.), Danii (3 mg/kg s.m.) i Luksemburgu (10 mg/kg s.m.) [10]. Są one trwałymi zanieczyszczeniami występującymi we wszystkich komponentach środowiska przyrodniczego. PAHs mogą być one pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego (m.in. rozkład materii organicznej i procesy spalania), a ich stężenie szczególnego znaczenia nabiera w przypadku gdy w łańcuchu pokarmowym docierają do organizmu człowieka [15, 18]. Czy zatem w procesie kompostowania ich ilość PAHs nie przekracza ww. norm eliminując tym samym kompost jako nawóz. Wytwarzany jest także z odpadów organicznych zbieranych selektywnie lub zmieszanych, zawiera znaczne ilości cennej materii organicznej, która poprawia strukturę gleb i ich zasobność w biomasę. Jednak na jakość wytwarzanego kompostu ma wpływ kilka istotnych czynników, gdzie kluczowym zagadnieniem wydaje się być wstępna segregacja odpadów z wydzieleniem frakcji biodegradowalnej. Coraz powszechniejsze staje się kompostowanie odpadów komunalnych, co przyczynia się do graniczenia ilości deponowanych na składowiskach odpadów a także w przypadku kompostowni indywidualnych do obniżenia kosztów składowania [16]. W trakcie procesu kompostowania odpadów dominują dwa prowadzone na drodze mikrobiologicznej procesy: mineralizacji oraz humifikacji materii organicznej zawartej pierwotnie w odpadach [22]. Kompost wytwarzany w warunkach przydomowych jest zwykle wysokiej jakości i zużywany wyłącznie do celów nawozowych, natomiast kompost produkowany z komunalnych odpadów zmieszanych, charakteryzuje się niższą jakością, a także podwyższoną zawartością składników mogących oddziaływać szkodliwie lub toksycznie takich jak metale ciężkie oraz węglowodory. Ważnym okresem procesu kompostowania jest jego dojrzewanie przy stałym dostępie powietrza atmosferycznego. W przypadku zbytniego rozdrobnienia oraz nadmiernego uwilgotnienia dojrzewającej masy migracja tlenu jest utrudniona, co prowadzi lokalnie do powstania warunków anaerobowych i do zagniwania kompostu z wytworzeniem gazów fermentacyjnych. Beztlenowy rozkład materii organicznej zawartej w dojrzewającym kompoście może skutkować tworzeniem węglowodorów, a w tym związków toksycznych, takich jak PAHs [13, 20]. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAHs) występują powszechnie w środowisku przyrodniczym [1, 7, 17, 19]. Mogą być one pochodzenia antropogennego (głównie procesy spalania) oraz naturalnego (wybuchy wulkanów) [20, 23]. Występowanie tych związków (w nadmiernych ilościach) w kompostach może eliminować je jako potencjalny nawóz, co stanowiłoby znaczne trudności ze zbytem wyprodukowanego materiału. Jakkolwiek węglowodory te są rozkładane na drodze mikrobiologicznej bądź fotochemicznej, to jednak niektóre z nich, zwłaszcza pięcio i sześciopierścieniowe, wykazują znaczną odporność na degradację [25].

After law rules existing in Poland it is necessary to minimize amount of biodegradable waste which are stored on municipal landfills. Composts made of municipal solid waste (MSW) are good material for plants fertilization but due to its composition, use of it as fertilizers could lead to soil and plant pollution by heavy metals and persistent organic pollutants. In case of high content of organic pollutants as PAHs in compost it is forbidden to use it as fertilizer. According to possibilities of creation PAHs from compost organic matter by microbial decomposition, it is interesting to know a fate of these compounds during compost maturation process. Especially it is interesting life of 5 and 6-ring PAHs - carcinogenic and mutagenic and resistant to microbial degradation. In this work a dynamic of degradation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) during composts maturation by storage in piles was investigated. Two different types compost made from MSW were used. Both types were made of prepared organic fraction of MSW but first comes from compost factory, second from individual house-made compost pile. Long-term (40 days) samples incubation was carried in compost pile. Total PAHs content in the beginning of experiment was high and in Herhof compost (made in upper Silesia region) samples exceed 1mg/kg d.m. but additionally samples were spiked with PAHs solution (LGC Promochem ) on the beginning of experiment. PAHs were analyzed by a GC-FID method (Varian 3800) after 6-hour extraction in DCM-hexane mixture. Total amount of 16 PAHs (after US-EPA list) and each particular compounds were analyzed. The highest amount in samples were noted for 2-ring PAHs. The lowest concentrations were noted for 6-ring PAHs in both investigated compost types. In first stage slow increase of analyzed compounds was observed, especially due to behavior 4-ring PAHs. In second stage of experiment a great decrease of sum of PAHs was noted. Loss of total mass of investigated compounds reached 19-68% of start concentration. However conditions for both compost types were equal differences in speed of decomposition processes were observed but were not significant statistically. In case of Herhof compost two periods of decomposition were observed: between 10 and 20 and between 30 and 40 day of experiment. In case of Gru compost the highest decomposition between 30 and 40 day of experiment was observed. However heavy PAHs are resist on microbial decomposition, good results on this field were obtained. During composts maturation process high level of degradation was noted in case of 5 and 6-ring PAHs reached 33-73% of initial value. Obtained results show good PAHs degradation speed during 40-days compost maturation process in natural conditions. It is necessary to ensure aerobic conditions during compost maturation process.