VASILE BARA AURELIA ONEȚ MICROBIOLOGIA DEȘEURILOR ORADEA 2009 Referenți: Prof. univ. dr. Laslo Cornel Șef Lucrări dr. Rotar Anca CUPRINS… [310883]

VASILE BARA AURELIA ONEȚ

MICROBIOLOGIA DEȘEURILOR

ORADEA 2009

Referenți:

Prof. univ. dr. Laslo Cornel

Șef Lucrări dr. Rotar Anca

CUPRINS

Introducere…………………………………………………………….7

Capitolul 1. Managementul deșeurilor………………………………..9

1.1. Managementul deșeurilor la nivel internațional………………..9

1.2. Managementul deșeurilor la nivel național……………………16

Capitolul 2. Impactul deșeurilor asupra mediului ambiant………….19

2.1. Impactul global al deșeurilor asupra schimbărilor climatice….30

Capitolul 3. Caracteristici microbiologice generale ale deșeurilor….31

3.1. Clasificarea deșeurilor…………………………………………31

3.2. Microbiologia deșeurilor agricole…………………………….35

3.2.1. Descompunerea deșeurilor agricole

cu ajutorul microorganismelor…………………………35

3.3. [anonimizat]………………………………………36

3.3.1. Indicatori utilizați pentru aprecierea potențialului

poluant al dejecțiilor și reziduurilor zootehnice………..40

3.4. Caracteristicile microbiologice ale deșeurilor

provenite din industria alimentară…………………………….41

3.4.1. Reziduurile lichide………………………………………42

3.4.2. Reziduurile solide………………………………………51

3.5. Microbiologia apelor uzate decantate și a

nămolurilor de decantare din toate sectoarele…………………52

3.6. Caracteristicile microbiologice ale deșeurilor periculoase

cu potențial patogen provenite din unitățile medicale

sau veterinare………………………………………………….54

3.6.1. Procedee de neutralizare a deșeurilor medicale…………55

Capitolul 4. Factori de risc generați de agenții patogeni

vehiculați de deșeuri……………………………………59

4.1. Modalități de contaminare cu agenți patogeni

vehiculați de deșeuri…………………………………………..63

Capitolul 5. Principalele surse și tipuri de

deșeuri organice biodegradabile…….………………….66

5.1. Procesele microbiologice și chimice desfășurate în

cadrul depozitelor de deșeuri menajere solide…………………68

Capitolul 6. Noțiuni privind funcțiile metabolice ale

microorganismelor implicate în biodegradarea

deșeurilor organice: fermentația, putrefacția, sinteza….73

6.1. Biodegradarea naturală (spontană) a deșeurilor organice…….75

6.2. Aspecte microbiologice privind procesul de biodegradare

a deșeurilor organice……………………………………………76

6.3. Transformări primare ale deșeurilor: degradarea substratului…78

Capitolul 7. [anonimizat], fizice, chimice

și biotehnologice ce stau la baza inactivării și

reducerii potențialului toxic poluant al deșeurilor………80

7.1. [anonimizat] (TMB)

a deșeului rezidual……………………………………………..82

7.2. Tratarea termică a deșeurilor………………………………….88

7.3. Tratarea deșeurilor în vederea obținerii combustibilului………89

7.4. Piroliza deșeurilor……………………………………………..90

7.5. Reducerea chimică și biologică a deșeurilor………………….90

7.6. Tratarea și reciclarea deșeurilor prin biotehnologii……………91

7.7. Analiza comparativă a alternativelor tehnice aplicabile………91

Capitolul 8. Biodegradarea controlată a deșeurilor

organice. Compostarea deșeurilor în vederea

reciclării lor ca fertilizanți pentru agricultură………….94

8.1. Caracteristicile procesului de compostare……………………..95

8.2. Fazele procesului de compostare…………….………… ……..97

8.3. Microbiologia compostării……………………………………100

8.4. Microorganisme implicate în procesul de compostare………102

8.5. Factori care influențează calitatea compostului……………..104

8.6. Avantajele și dezavantajele compostării…………………….105

8.7. Metode de compostare……………………………………….109

8.8. Pretentarea unei metode de compostare……………………..113

8.8.1. Materia primă pentru prepararea compostului……….113

8.8.2. Biopreparatele………………………………………..115

8.8.3. Obținerea maielei pentru inoculare……………… ….115

8.8.4. Executarea grămezii mamă…………………………..116

8.8.5. Executarea grămezii de compostare………………….116

8.8.6. Sitarea compostului…………………………………..118

8.8.7. Stocarea compostului…………………………………119

8.8.8. Însăcuirea compostului………………….……………120

8.8.9. Calitatea compostului…………………………………120

8.8.10. Aprecierea momentului terminării compostării…….121

8.8.11. Caracteristicile compostului…………………………124

8.8.12. Valorificarea compostului…………………………..127

Capitolul 9. Tratarea biologică a deșeurilor biodegradabile

în instalații de biogaz. Microorganisme implicate

în obținerea biogazului și factorii care

influențează procesul de metanogeneză………………131

9.1. Aspecte microbiologice ale metanogenezei………………….135

9.2. Materiile prime pentru obținerea biogazului…………………137

9.3. Condițiile biologice și biochimice în

procesele/procedeele anaerobe………………………………140

9.4. Compoziția biogazului……………………………………….142

9.5. Procese biologice și biochimice de

descompunere și transformare………………………………..143

9.6. Biomasa – sursă de energie regenerabilă…………………….146

9.7. Dotarea tehnică a stațiilor de tratare biologică a deșeurilor….148

9.8. Procesul biologic de digestie anaerobă……………………….152

9.9. Influența calității dejecțiilor de tratat în

randamentul biogazului………………………………………153

9.10. Aspecte tehnice ale biometanizării…………………………155

Capitolul 10. Utilizarea microorganismelor în procesul

de conversie a deșeurilor și subproduselor

agricole și industriale………………………………..166

10.1. Degradarea și conversia deșeurilor cu

ajutorul microorganismelor…………………………………168

10.2. Utilizarea microorganismelor în lupta împotriva poluării…..168

10.3. Bioexploatarea minereurilor………………………………..169

10.4. Epurarea apelor poluate și recuperarea unor

metale valoroase……………………………………………172

10.5. Bio-exploatarea petrolului. Combaterea

poluării. Bioproducția de hidrocarburi……………………..173

Bibliografie…………………………………………………………177

INTRODUCERE

Cartea “Microbiologia deșeurilor” abordează una dintre cele mai importante și actuale probleme ale societății umane, din punct de vedere al protecției mediului și anume gestionarea deșeurilor.

În cadrul raporturilor dintre organismul uman și mediul său înconjurător, alături de mediul natural un rol deosebit de important revine mediului artificial, creat și dezvoltat de om.

Interdependența dintre protecția sănătății populației și protecția mediului este de mult timp recunoscută, motiv pentru care managementul deșeurilor a apărut ca fiind extrem de necesar pentru asigurarea unui climat de viață sănătos.

În condițiile în care, cantitățile de deșeuri generate au înregistrat o tendință generală de creștere, determinată atât de creșterea consumului populației cât și de creșterea proporției populației deservite de serviciile publice de salubritate în sistem centralizat, și gradul lor de periculozitate, lucrarea de față abordează o problemă de ordin actual și anume implementarea managementului ecologic și rentabil al deșeurilor.

În acest context recuperarea – reciclarea, tratarea fizico-chimică, compostarea sau incinerarea sunt metode de procesare a deșeurilor care trebuie aplicate la nivelul tehnologiilor existente și a celor prognosticate pentru viitorul apropiat.

Se tratează pe larg doar categoria deșeurilor și reziduurilor care prezintă un conținut ridicat de materii organice biodegradabile și a căror depozitare ridică probleme din punct de vedere al poluării mediului ambiant, evidențiindu-se pretabilitatea la biodegradarea spontană și controlată.

Prin cantitatea lor mare, precum și prin compoziția lor bogată în germeni, deșeurile menajere reprezintă unul din factorii de mediu cei mai nocivi, în condițiile în care nu se impune necesitatea dezvoltării unui sistem de management integrat al acestora, cu posibilități de valorificare și tratare în vederea eliminării potențialului toxic poluant al acestora.

Lucrarea se concentrează pe evidențierea caracteristicilor microbiologice ale deșeurilor și reziduurilor organice, reprezentate de deșeurile agricole, deșeurile și reziduurile din fermele zootehnice, deșeurile provenite din industria alimentară, ape uzate decantate și nămoluri de decantare, deșeurile periculoase, medical-veterinare, subliniindu-se importanța cunoașterii modalităților de contaminare cu agenți patogeni vehiculați de aceste deșeuri precum și eliminarea riscurilor de îmbolnăvire a populației ca urmare a vehiculării și gestionării incorecte a acestora.

Sunt prezentate succint aspectele microbiologice ale compostării, biometanizării, reducerii potențialului toxic-poluant al deșeurilor și se evidențiază rolul microorganismelor în conversia deșeurilor și subproduselor agricole și industriale.

Prin conținutul său, lucrarea este utilă specialiștilor și inginerilor din domeniul protecției mediului înconjurător precum și studenților de la specializările de ingineria mediului.

Impresiile și sugestiile despre materialul prezentat rămân la îndemâna cititorilor cu rugămintea de a ne sesiza despre unele aspecte care au fost omise, sau unele erori care au apărut în lucrare.

Autorii.

CAPITOLUL 1

MANAGEMENTUL DEȘEURILOR

1.1. Managementul deșeurilor la nivel internațional

Relația de simbioză dintre dezvoltare și mediul ambiant a fost definită la Conferința Națiunilor Unite de la Rio (1992), afirmând că dezvoltarea economică nu poate fi durabilă, sau garantată, fără protecția mediului ambiant. Problema centrală a secolului XXI o constituie obținerea unui mediu durabil, iar conceptul dezvoltării durabile se bazează pe următoarele principii:

● ritmul consumului resurselor regenerabile să nu depășească ritmul restabilirii acestora;

● intensitatea emisiilor substanțelor poluante nu trebuie să depășească posibilitățile mediului de a le absorbi (încorpora);

● toate resursele urmează să fie consumate cu o eficacitate maximală.

Agenda 21, definește noțiunea de dezvoltare durabilă drept o dezvoltare economică, care ia în considerație protecția socială și protecția mediului ambiant.

Totodată sînt formulate următoarele aspecte în gestionarea durabilă a deșeurilor:

● eliminare sigură din punctul de vedere al protecției mediului a deșeurilor periculoase;

● împiedicarea folosirii ilegale a unor astfel de deșeuri pe plan internațional;

● gestionarea compatibilă cu mediul ambiant a deșeurilor solide și a nămolurilor de la stația de epurare a apelor uzate;

● gestionarea sigură din punctul de vedere al protecției mediului a deșeurilor radioactive.

Concomitent sînt stabilite obiective clare privind gestionarea bunurilor de consum în spiritul unei gospodăriri ciclice.

Comunitatea internațională acordă o atenție deosebită protecției mediului și în mod special gestionării deșeurilor. Generarea deșeurilor menajere solide pe cap de locuitor este în creștere în Europa de Vest și rămîne constantă în Europa Centrală și de Est.(3)

Aceasta se explică prin diferența dintre nivelul de trai, modul de consum și sistemul slab dezvoltat de colectare a deșeurilor menajere solide în țările noi aderate la UE, inclusiv prin necesitatea de a fi stabilită o modalitate adecvată de eliminare a DMS (deșeuri menajere solide).

Deșeurile municipale constituie doar 15% din totalul de deșeuri generate în UE, dar pe motivul unui spectru larg de componente prezente în deșeuri și numărului mare de generatori, managementul deșeurilor municipale este foarte complicat.

Actualmente în topul tendințelor în domeniul managementului deșeurilor se află activitățile de prevenire și minimizare a generării deșeurilor, fiind urmate de activitățile de recuperare, reciclare și prelucrare a deșeurilor. Eliminarea deșeurilor prin depozitare rămâne a fi cea din urmă activitate în tendințele de dezvoltare a managementului deșeurilor.(40)

Fig. 1. Ierarhia managementului deșeurilor

Strategia UE privind managementul deșeurilor a stabilit următoarele principii, relevante procesului de planificare a gestionării deșeurilor:

● minimizarea generării deșeurilor în scopul conservării mediului ambiant și resurselor naturale;

● reducerea impactului cauzat sănătății umane și mediului ambiant de deșeuri, în mod special prin reducerea conținutului substanțelor periculoase în deșeuri și prin implementarea principiului precauției;

● asigurarea plății pentru poluarea mediului de către generatorii de deșeuri, prin implementarea principiului poluatorul plătește;

● asigurarea infrastructurii adecvate, prin stabilirea unei rețele integre de facilități de eliminare a deșeurilor, bazate pe principiul proximității și autogestionării.

Aceste principii au contribuit la o evoluție istorică în sistemul de management al deșeurilor, prin acordarea priorității facilităților de eliminare a deșeurilor, ținînd cont de aspectele protecției sănătății umane și a mediului și integrând conservarea biodiversității și resurselor naturale.(40)

Tabelul 1 reflectă situația în domeniul promovării principiilor ierarhiei managementului deșeurilor în contextul implementării strategiilor și politicilor dezvoltării durabile. Informația a fost colectată din inventarele GES, ale țărilor din Anexa I a Convenției- cadru a Organizației Națiunilor Unite privind Schimbarea Climei (CONUSC) pentru anul 2004. Țările industrializate cum sunt Elveția, Olanda, Japonia, Danemarca, au redus volumele deșeurilor eliminate prin depozitare sub 10%, iar rata de reciclare a deșerilor în Danemarca și Olanda a atins cota de 60-80 %.(43)

Tabelul nr. 1

Managementul deșeurilor în țările Anexa I la CONUSC

Strategia UE privind managementul deșeurilor punctează și necesitățile privind reducerea transportării transfrontaliere a deșeurilor și eliminarea acestora în sursă, îmbunătățirea regulamentului privind transportarea deșeurilor precum și stabilirea și promovarea unei statistici privind deșeurile, relevantă și comparabilă între statele membre. Un rol deosebit este acordat Planurilor de gestionare a deșeurilor și regulamentelor de aplicare a legislației existente.

Cantitățile mari de deșeuri (în evoluție continuu crescătoare în ultimele două decenii și adeseori cu consecințe dramatice asupra factorilor mediului ambiant sau sănătății oamenilor), gradul lor de periculozitate, creează probleme dificile chiar și pentru țările dezvoltate ale lumii, probleme legate de spațiile necesare pentru depozitare, oprirea poluării factorilor mediului ambiant (depozite ecologice) și limitarea stresului generat atât de existența deșeurilor cât și de impactul asupra sănătății comunităților.(18)

În țările Comunității Europene și S.U.A., deși este unanim adoptată în prezent ideea că depunerea deșeurilor pe sol sau îngroparea acestora în subsol este soluția cea mai puțin acceptabilă, totuși este încă prioritar utilizată (70% în Europa, 60% în SUA și 38% în Japonia). În situația în care locurile de depozitare acceptabile sunt tot mai puține, sau condițiile privitoare la deșeuri devin tot mai restrictive, din ce în ce mai multe țări renunță la metoda clasică a depozitării și acceptă soluția unui management ecologic și rentabil al deșeurilor. În acest context recuperarea – reciclarea, tratarea fizico-chimică, compostarea sau incinerarea sunt metode de procesare a deșeurilor la ordinea zilei în majoritatea țărilor lumii. Aceste măsuri sunt destinate atât protecției factorilor mediului ambiant cât și pentru o exploatare rațională și eficient economică a acestei activități. Într-un top pozitiv al acestor preocupări din ultimul deceniu se află țări ca Austria, Danemarca, Germania, Olanda. În plus, îngrijorarea crescândă față de pericolul emisiilor toxice generate de stațiile de incinerare a determinat țări ca Germania și Olanda să adopte noi programe pentru prevenirea (reducerea cantitativă) și reciclarea deșeurilor.

Metoda optimă pentru procesarea deșeurilor este dependentă de compoziția acestora, de posibilitățile financiare, legislație, gradul de educație, condițiile (facilitățile) colectării selective, posibilitățile de reutilizare ale materialelor colectate selectiv, și de facilitățile aferente spațiilor de depozitare. Oricare dintre metodele de procesare a deșeurilor este destinată cu prioritate reducerii volumelor de depozitare sau altfel spus a folosirii cu maximum de eficiență a amplasamentelor, deci a prelungirii duratei de exploatare a depozitelor.

Managementul deșeurilor cu cele mai utilizate metode de procesare cuprinde: depozitarea, presortarea/sortarea și reciclarea, incinerarea și compostarea.

Preocupările în acest sens diferă de la țară, la țară, în conformitate cu legislația existentă, posibilitățile aferente depozitării, a resurselor financiare și ale tehnologiilor aferente.(50)

Depozitarea, este încă metoda cea mai uzuală de procesare a deșeurilor în majoritatea țărilor lumii, în ciuda marilor probleme pe care acestea le creează. În medie, municipalitățile țărilor membre ale OECD, în anul 1989 au alocat spații de depozitare pentru mai mult de 60% din deșeurile municipale și pentru aproximativ 70% din totalul deșeurilor întâmplătoare. Principala explicație a preferinței majorității țărilor pentru această metodă de procesare constă într-o serie de avantaje între care cele mai importante sunt:

● costurile relativ mici prin comparație cu celelalte metode;

● posibilitatea exploatării producției de metan rezultată din procesele de descompunere ale deșeurilor;

● posibilitatea recuperării și reciclării, deci valorificării, unei părți a deșeurilor.(58)

Printre cele mai importante dezvantaje ale acestei metode de procesare se numără riscul poluării cu levigat a apelor freatice (determinat de lipsa sau execuția necorespunzătoare a barierei de etanșare a radierului) și riscul exploziilor ca urmare a acumulărilor de metan, în cazul când prizele de captare-aerisire sunt insuficiente, necorespunzător executate și exploatate. De asemenea, identificarea și alocarea de noi spații corespunzătoare este din ce în ce mai problematică.

Activitatea de reciclare și reutilizare a materialelor refolosibile conținute în deșeurile urbane, reprezintă o acțiune deosebit de utilă atât pentru reducerea impactului produs de amplasamentele depozitelor asupra mediului ambiant, pentru creșterea duratei de exploatare a acestora, cât și spre reduceri ale cererilor de materii prime și energie. Acest lucru este posibil pentru că majoritatea deșeurilor urbane, și nu numai, conțin cantități semnificative de materiale ce pot fi recuperate și refolosite în procesele tehnologice industriale sau în alte activități economice.(46)

Incinerarea este o metodă relativ nouă de procesare a deșeurilor și nu este aplicată pe scară largă. Eficacitatea metodei este influențată de compoziția deșeurilor și este posibilă dacă partea combustibilă reprezintă cel puțin 60% din cantitate, dacă puterea calorică depășește 1400 kcal/kg, umiditatea este sub 40% și dacă se poate asigura la incinerator o cantitate minimă de 50-100 t/zi. Aceste cerințe tehnologice minimale cât și costurile destul de ridicate (40-100 $/t ), fac din incinerare o metodă izolat practicată, ocolită chiar de țări ca Japonia care are terenuri disponibile pentru depozitare reduse, unde reducerea depozitării cu 23% s-a realizat de abia în 13 ani. Este important de semnalat faptul că incinerarea, practicată fără responsabilitate, fără o tehnologie puțin poluantă și sub un control sever devine periculos de poluantă pentru factorii mediului ambiant (în special aerul) prin emanațiile de gaze toxice rezultate în urma arderii, gaze care conțin acizi, metale, oxid și dioxid de carbon, etc.(52)

Compostarea este o metodă ecologică de procesare a deșeurilor agricole, dar și menajere, deoarece nu produce noxe în procesul tehnologic. Prin acest procedeu se obțin îngrășăminte organice concentrate, utilizabile în agricultură, horticultură sau grădinărit.

Compostarea are următoarele avantaje:

● produsul final este un concentrat în totalitate de natură organică, care se obține dintr-un produs voluminos inițial, deci altfel greu și costisitor de transportat și depozitat;

● compostul este un produs în totalitate de natură organică, care poate înlocui mari cantități de îngrășăminte chimice;

● elimină poluarea produsă de depozitele de nămol ale stațiilor de epurare;

● este un procedeu tehnologic cu un consum energetic redus.

Cu toate acestea, doar într-un număr limitat de țări europene, câteva procente din cantitatea totală de deșeuri organice municipale sunt compostate (Spania 21%, Portugalia 10%, Danemarca 9%, Franța 6% și foarte limitat Olanda, Germania și Italia). Explicația principală constă în dificultatea de a găsi piețe de desfacere pentru aceste produse. Compostarea are tradiție și largă răspândire doar în SUA, unde compostul este intens utilizat în grădinărit (legumicultură). Pentru România, din studiile efectuate până acum, a rezultat că nu există o piață de desfacere aferentă compostului, datorită în principal, dificultăților financiare cu care se confruntă agricultorii (fermierii) români.(57)

Un alt aspect important al managementului deșeurilor, îl constituie migrația, mutarea sau fluxurile de import-export ale acestora. Cantitativ, mutările transfrontaliere ale deșeurilor întâmplătoare au crescut și ele în ultimele decenii. Mai mult de două milioane de tone anual se transferă de-a lungul frontierelor naționale ale ariei europene aferentă OECD. Direcțiile acestor fluxuri se desfășoară, cu precădere de la Nord spre Sud și de la Vest către Est. Această stare se explică întâi de toate prin gradul de strictețe aplicat deșeurilor întâmplătoare în țările dezvoltate economico-financiar (nordul și vestul continentului), adică în cele exportatoare față de cele importatoare. De la nord spre sud, Europa exportă anual legal 120.000 tone deșeuri întâmplătoare către țările în curs de dezvoltare. Însă cantitățile reale exportate sunt cu mult mai mari decât cele declarate oficial. Acest export către țări cu tehnologii de prelucrare și depozitare mai puțin adecvate acestei activități, cu normative și control/monitoring mult sub standardele țărilor exportatoare, conduce evident spre riscul poluării mediului și afectarea sănătății populației acestor țări. De la vest spre est, altă direcție majoră de mișcare a deșeurilor, cu aceleași motivații ca și cazul anterior, înregistrează de asemenea foarte mari cantități.(54)

Soluția reducerii acestei situații, constă în bună măsură în închiderea ciclului materialelor în procesele de producție și consum în fiecare țară. Acest principiu oferă două avantaje, și anume:

● reducerea presiunii asupra cerinței de materii prime;

● reducerea impactului deșeurilor asupra factorilor mediului ambiant.

Managementul deșeurilor la nivel național

Umanitatea este chemată zi de zi să contribuie la reducerea impactului cauzat naturii de activitățile sale, prin promovarea dezvoltării durabile, care ia în considerație protecția socială și protecția mediului ambiant. Unul din aceste impacturi este gestionarea neadecvată a deșeurilor, deoarece este în creștere atît volumul, cît și toxicitatea acestora. Principiul dezvoltării durabile în domeniul gestionării deșeurilor se reflectă prin: reducerea cantității de deșeuri, inclusiv a celor periculoase, utilizarea deșeurilor în calitate de materie primă secundară, depozitarea deșeurilor nerecuperabile fără a cauza prejudicii mediului, utilizarea deșeurilor combustibile în calitate de combustibil alternativ în scopul producerii energiei electrice și termice.

Fiind conștienți de impactul nociv al deșeurilor asupra tuturor componentelor de mediu, inclusiv asupra sănătății populației comunitatea internațională acordă atenție majoră problemei gestionării deșeurilor. Al 6-lea Program de Acțiune al Uniunii Europene pentru mediu (2001-2010), numit ,,Alegerea noastră – viitorul nostru” specifică patru arii prioritare ale politicii de mediu, una dintre care este managementul deșeurilor, care are ca obiectiv creșterea gradului de reciclare a deșeurilor și de prevenire a producerii acestora.

Eliminarea deșeurilor prin depozitare de asemenea are impact direct asupra mediului, inclusiv prin generarea emisiilor gazelor cu efect de seră GES.(18)

Astăzi nu mai este o noutate, că efectele schimbărilor climatice au loc, iar omenirea se confruntă tot mai des cu dezastrele naturale cum sunt ploile torențiale vara și precipitații abundente iarna, iar în consecință inundații de proporții ce au cuprins în ultimii ani Europa și Asia, temperaturi extrem de ridicate în perioada de vară, care provoacă tsunami și tornade ce lovesc tot mai intens Japonia, Australia, SUA, etc. Schimbarea climei este considerată una dintre cele mai serioase probleme globale, care are impact negativ asupra sănătății umane, securității alimentare, dezvoltării socio – economice, resurselor naturale, inclusiv a celor acvatice, etc.

Progresul în domeniul stopării și prevenirii efectelor dezastruoase asupra mediului a derulat mai lent decât se aștepta. Actualmente este necesar să se întreprindă măsuri urgente pentru a atinge scopurile preconizate.

Gestionarea deșeurilor reprezintă una din problemele importante în politica de protecție a mediului. Preocuparea privind gospodărirea și valorificarea deșeurilor în România se află într-un stadiu incipient. Deșeurile prezintă un impact negativ asupra mediului datorită riscului pe care îl prezintă depozitele de a-și pierde stabilitatea, datorită suprafețelor mari de teren ocupate și datorită poluării apelor de suprafață și subterane. O problemă actuală o reprezintă modul de gestionare a deșeurilor menajere datorită procesului de sortare, colectare, depozitare și izolare a acestora.

Cantitatea reală de deșeuri generate nu se cunoaște cu exactitate datorită lipsei sistemelor de cântărire. Deșeurile menajere trimise la depozitarea finală au un conținut ridicat de materii organice biodegradabile din a căror descompunere rezultă gaze cu efect de seră. Colectarea deșeurilor menajere este neselectivă iar reciclarea este direcționată doar pe tipurile de deșeuri ușor vandabile. Valorificarea energetică nu este utilizată ca o metodă curentă de eliminare a deșeurilor menajere din România.

Acestea sunt doar câteva din problemele legate de gestionarea deșeurilor, probleme care au ca principal efect un impact negativ asupra mediului concretizat prin: modificări de peisaj și disconfort vizual, poluarea aerului, poluarea uneori ireversibilă a apelor subterane, poluarea apelor de suprafață, modificarea fertilității solurilor și ale componentelor biocenozelor, etc.(28)

Tabelul nr. 2

Deșeuri municipale colectate, pe principalele categorii

Cele mai mari cantități de deșeuri municipale (peste 1.000.000 t) se colectează în regiunile: Nord-Vest (17,21%) și Sud-Est (15,78%). Regiunea care colectează cantități mai mici de deșeuri municipale (sub 600.000 t) este Sud-Vest Oltenia (5,83%).(58)

Fig. 2. Deșeuri municipale colectate, pe regiuni de dezvoltare

Fig. 3. Compoziția deșeurilor menajere și asimilabile colectate

CAPITOLUL 2

IMPACTUL DEȘEURILOR ASUPRA MEDIULUI AMBIANT

Cantitățile mari de deșeuri rezultate anual, gradul de toxicitate sau de infestare asupra mediului ambiant, și în consecință asupra viețuitoarelor și oamenilor reprezintă o problemă complexă a începutului de mileniu.

Efectele nocive ale deșeurilor sunt de obicei rezultatul depozitării necorespunzătoare și necontrolate ale acestora și sunt determinate de o serie de factori cum sunt:

emanațiile de gaze nocive generate de procesul descompunerii deșeurilor (gazele produse de fermentare) au ca efect poluarea solului;

scurgerile și infiltrațiile din precipitații precum și scurgerile substanțelor în diluție transportate de către precipitații, levigatul rezultat ca urmare a faptului că deșeurile prezintă o umiditate proprie, au ca efect poluarea apelor de suprafață și a solurilor din zonele învecinate, sau ale solurilor aflate sub amplasamentul depozitelor de deșeuri și implicit poluarea apelor subterane.

Din punct de vedere tehnologic deșeurile pot fi privite ca fiind produse secundare rezultate din procesul tehnologic primar, ce fac parte din categoria de pierderi ale acestui proces și care din anumite considerente de ordin tehnic și economic nu sunt utilizate decât parțial. Utilizarea eficientă a acestor resurse secundare, depinde de potențialul energetic, de substanțele utile pe care acestea le conțin și de costul energiei și a materialelor utilizate implicit în aplicarea tehnologiei de recuperare și valorificare a produselor secundare.

Prin cantitățile imense și gradul lor de toxicitate, deșeurile rezultate din activitățile economico-sociale reprezintă un real pericol pentru poluarea factorilor mediului ambiant (aer, apă, sistemul sol-ape freatice, etc.) producând grave dezechilibre ale funcțiilor ecosistemelor. Un semnal de alarmă este dat de cantitatea foarte mare a deșeurilor întâmplătoare care datorită conținutului lor se încadrează în categoria deșeurilor periculoase. Gravitatea acestei probleme rezidă din faptul că aceste deșeuri sunt depozitate, iar posibilitatea de reciclare a acestora este redusă datorită existenței pericolului de contaminare.

În ciuda creșterii gradului de urbanizare, de civilizație sau a dezvoltării economice și chiar a severității normelor de control a poluării și calității factorilor mediului ambiant, stresul urban și-a intensificat efectele produse asupra peisajului citadin și a sănătății locuitorilor săi.

Problemele majore ale mediului ambiant și direcțiile stresului urban se referă la:

● urmărirea evoluției calității factorilor de bază ai mediului ambiant (aer, ape de suprafață, sol și ape subterane);

● spațiul urban, prin modul de utilizare, arhitectură sau calitatea execuției clădirilor și a spațiilor de agrement;

● traficul urban, prin organizarea traseelor, a calității vehiculelor și a poluării sonore sau a aerului;

● consumul energetic, de la cel necesar transporturilor până la cel casnic;

● emisiile și deșeurile urbane.(49)

La scara unei națiuni, a societății în ansamblul ei, nimeni nu mai poate ignora faptul că asemănătoare unor forme de relief, "munții" de deșeuri cresc în fiecare an cu câțiva metri, la porțile orașelor moderne, înconjurându-le cu adevărate centuri de murdărie. Deșeurile, depozitele neecologice deformează peisajele și poluează factorii mediului ambiant. Sunt surse însemnate de germeni patogeni purtați de aer și ape curgătoare sau meteorice, devenind astfel vectori de transport și dispersie.(43)

În România, ca și în alte țări, impactul deșeurilor asupra mediului a crescut alarmant, administrarea (managementul) necorespunzătoare a acestora generând contaminări ale solurilor și apelor freatice, atmosferei prin emanațiile de bioxid de carbon și alte gaze toxice cu efecte directe asupra sănătății populației. Principalele efecte ale acestei situații (stresul urban datorat poluării și deșeurilor) se manifestă în final asupra oamenilor, prin impactul social și cel produs asupra sănătății populației. Impactul social, se manifestă cu precădere prin creșterea accelerată, de la an la an, ale costurilor unitare de depozitare a deșeurilor, creștere determinată în primul rând de sporurile cantitative ale acestora, de epuizarea spațiilor existente și de dificultățile întâmpinate în acțiunea de găsire a altora noi.(51)

Impactul asupra sănătății populației, se manifestă prin epidemiile provocate și prin speranța de viață la naștere.

În concluzie, opțiunile de management și planificare urbană referitoare la deșeuri trebuie să vizeze:

● în planificare, reducerea cantităților/normelor admise și integrarea managementului;

● în management, implementarea schemelor corespunzătoare de reciclare și colectare separativă;

● în instrumentarea economică, legiferarea sistemului eficient și normal de taxare;

● în standardizare, prin producții cât mai puțin poluante și producătoare de deșeuri, ambalare performantă care să permită reciclarea și asigurarea colectării selective chiar din faza colectării, pe cât posibil.

În România dar și în alte țări s-a amplificat vertiginos impactul deșeurilor asupra mediului datorită managementului necorespunzător al acestora generând astfel contaminări și impurificări ale solurilor și apelor freatice, atmosferei, prin emanațiile de gaze toxice cu efecte directe asupra sănătății populației. Astfel că depozitele de deșeuri reprezintă sursa de apariție și manifestare a epidemiilor (bolilor infecțioase).(28)

Pe lângă impactul asupra mediului ambiant se manifestă de asemenea un impact social datorită creșterii costurilor de depozitare a deșeurilor determinat de sporirea cantitativă a acestora și de limitarea spațiilor de depozitare existente.

Principalele măsuri elaborate în vederea diminuării impactului asupra mediului, generat de depozitarea necontrolată a deșeurilor și necesare a fi aplicate și incluse în planul de management și planificare urbană se concretizează în:

reducerea cantităților/normelor admise;

implementarea procedurilor de reciclare și colectare separată;

legiferarea sistemului eficient de taxare a populației;

aplicarea tehnologiilor nepoluante în vederea reducerii producției de deșeuri.

Eliminarea deșeurilor solide urbane exercită o serie de influențe asupra mediului înconjurător și sănătății umane. Modalitățile principale de eliminare a deșeurilor solide urbane care se consideră a genera probleme de mediu, sunt depozitarea la gropile de gunoi, incinerarea deșeurilor colectate și deșeurilor necolectate, depozitarea necontrolată. În ceea ce privește impactul gropilor de gunoi, trebuie spus că dimensiunea acestuia este considerabilă, având în vedere că depozitarea constituie metoda cea mai frecventă de eliminare a deșeurilor solide urbane în țările dezvoltate.

Majoritatea deșeurilor municipale din multe țări este depozitată în sisteme amenajate, care constituie, în continuare, cea mai ieftină opțiune de neutralizare a acestora. Spre exemplu, în SUA, aproape trei pătrimi din deșeurile menajere sunt deversate în gropile de gunoi. În Marea Britanie, cea mai mare parte a deșeurilor menajere ajunge la gropile de gunoi. În Franța, mai mult de 52% din deșeurile solide municipale sunt depozitate direct în halda de deșeuri, fără un tratament prealabil, o practică ce nu este perfect compatibilă cu obiectivele de mediu, cum ar fi conservarea ecosistemelor și biodiversității, criteriile de folosire adecvată a terenurilor, prevenirea emisiilor de metan din depozitele de deșeuri menajere, care amplifică efectul de seră, contribuind astfel la încălzirea globală, etc. Acest mod de stocare a deșeurilor se datorează costului considerabil mai mic de depozitare în haldă fără altă formă de prelucrare, raportul fiind de 30$ la 70$ (32 la 75–85 euro) pe o tonă de deșeuri solide municipale.(13)

Suedia, Danemarca și Elveția, depozitează la gropile de gunoi mai puțin de jumătate din volumul de deșeuri menajere pe care-l produc. Majoritatea țărilor dezvoltate au ajuns la concluzia conform căreia, datorită cantităților enorme și caracteristicilor gunoaielor produse, depunerea lor pe terenuri virane sau degradate este nesatisfăcătoare ca metodă de depozitare. Aceste terenuri permit pătrunderea în pânza freatică a substanțelor toxice antrenate de apa ploilor și formarea, așa cum s-a arătat, a amestecului denumit leachate, care poate conține o varietate de poluanți periculoși, cum ar fi metale grele sau substanțe chimice organice. Gravitatea problemei este ilustrată prin faptul că, de exemplu, mai mult de o cincime din locurile de depozitare a deșeurilor periculoase din SUA o constituie terenurile de depozitare municipale.

Gropile de deșeuri solide municipale prezintă riscuri pentru mediu și sănătate și prin eliminarea mai multor gaze. Compoziția și cantitatea de gaze sunt determinate de cantitatea și compoziția deșeului biodegradabil, a soluției percolative (leachate), de tipul și grosimea solului acoperitor, de tehnicile de plasament ale deșeului și de caracteristicile terenului. Metanul și dioxidul de carbon sunt principalele gaze emise. Două cauze stau la baza poluării aerului prin gropile de deșeuri solide municipale, și anume, descompunerea deșeurilor și arderea lor. Descompunerea deșeurilor creează prejudicii atmosferei prin eliberarea de metan și alte gaze, în condiții anaerobe. Se estimează că 7% din totalul emisiilor de metan din lume provin de pe terenurile cu gropi de depozitare a deșeurilor, gazul metan constituind o componentă importantă a factorilor de încălzire globală a atmosferei. Descompunerea gunoaielor prezintă și un risc de incendiu, administrarea incorectă putând conduce, în anumite condiții, la explozia acestor gaze. Arderea deșeurilor este răspândită și la gropile de depozitare deschise din țările în curs de dezvoltare. Deși arderea deschisă a gunoaielor este interzisă de lege, de multe ori, incendierea este deliberată, cu scopul de a reduce volumul excesiv al acestora. Alteori, se produc incendii în mod spontan, când deșeurile organice devin combustibile, prin expunerea la razele solare. Incinerarea, ca metodă de eliminare a deșeurilor solide municipale, generează, de asemenea, probleme privind mediul înconjurător și sănătatea publică, fiindcă arderea gunoiului nu este un proces curat. Amploarea procesului de incinerare este exprimată de ponderea cantității de deșeuri arse în țările dezvoltate, care variază de la 10% (în statele Americii de Nord) până la peste 70% (în Japonia și Elveția).

Combustia materialelor la temperaturi mari eliberează elemente, precum oxizii de sulf și de azot, monoxidul de carbon, dioxini și furani și metale grele, ca plumbul, cadmiul și mercurul. Filtrele de gaze nu elimină în totalitate acești poluanți. De pildă, în urma unui studiu efectuat de Fondul Apelor Curate (SUA), s-a constatat în cazul emisiilor de mercur că „incineratoarele de deșeuri municipale sunt acum sursele cu evoluția cea mai rapidă de emisii de mercur în atmosferă. Emisiile de mercur de la incineratoare au depășit sectorul industrial ca sursă majoră de mercur atmosferic”.(40)

Dintre influențele periculoase ale incinerării deșeurilor solide municipale pentru mediul înconjurător semnalăm emisia de oxizi de sulf și de azot care conduc la ploile acide, în timp ce un efect direct asupra sănătății umane se consideră că l-ar avea dioxinele și furanii, care constituie substanțe toxice suspectate de a cauza cancer și defecte genetice.

Prin incinerare rezultă, de asemenea, cenușă toxică, care este chiar mai periculoasă decât volumul de deșeuri de dinaintea incinerării. Altă formă de poluare este contaminarea apei cu care se răcește cenușa fierbinte cu substanțe acide, punând serioase probleme de depozitare, în caz că nu poate fi reutilizată. Prin urmare, incinerarea ca metodă de eliminare a deșeurilor menajere prezintă o serie de riscuri, iar principala consecință o reprezintă transportarea în formă gazoasă a gunoiului unei comunități către comunitățile învecinate, peste granițele statale, propagându-se, în cele din urmă, în întreaga atmosferă.

Așa cum s-a arătat, probleme de mediu și sănătate sunt create și de deșeurile necolectate. Această situație este întâlnită deseori în orașele statelor în curs de dezvoltare, unde rata de colectare a deșeurilor solide municipale poate fi de numai 30–50%. Deșeul necolectat poate fi ars, depozitat în locuri necorespunzătoare (în Cairo, de pildă, gunoiul poate fi dus pe terasele caselor, ca să se descompună la soare), sau poate rămâne pe străzi, creând unele riscuri, în special pentru populație. Unul dintre aceste riscuri îl constituie blocarea canalelor, contribuind în acest mod la inundarea zonelor urbane. În Jakarta, spre exemplu, unde aproape 40% din deșeul solid municipal rămâne necolectat, acesta blochează canalele de drenaj și cauzează vaste inundări ale zonei urbane în timpul sezonului ploios. Menționăm că un rol important îl poate avea, de asemenea, compoziția deșeului. Spre exemplu, inundațiile devastatoare din anii 1988 și 1998, din Bangladesh, au fost considerate de către autoritățile din această țară ca fiind determinate de pungile de plastic care au astupat canalele de scurgere.

Deșeurile solide municipale constituie, așadar, amenințări serioase pentru mediul înconjurător, dacă ele nu sunt păstrate, adunate și eliminate în mod corespunzător. Cele mai grave efecte ale managementului defectuos al deșeurilor solide municipale sunt considerate, după cum s-a arătat, poluarea aerului și contaminarea rezervelor de apă de băut. Efectele se răsfrâng, în cele din urmă, asupra populației, afectând fie direct, fie indirect starea de sănătate a acesteia. De altfel, în așezările urbane, agenții patogeni din aer, apă, sol sau hrană s-au numărat întotdeauna printre cauzele majore de îmbolnăvire, iar sănătatea locuitorilor a depins de abilitatea lor de a administra propriul mediu de viață. Eficacitatea pregătirii pentru eliminarea deșeurilor solide municipale reprezintă una dintre trăsăturile principale ale mediului de locuit.(45)

Impactul mediului de locuit asupra sănătății populației și calității vieții acesteia este relevat și de indicatorul de mediu constituit de deșeul solid. Un studiu realizat la nivelul a 1000 și peste 1000 de gospodării din Accra (Ghana), Jakarta (Indonezia) și Sao Paolo (Brazilia) a arătat tendința de înrăutățire a calității mediului de locuit, care este legată de diminuarea nivelului veniturilor și incidența problemelor de mediu (necolectarea gunoiului menajer și păstrarea lui în containere deschise) asupra gospodăriilor urbane, generate de deșeurile solide.

Unele boli infecțioase și parazitare sunt în relație directă cu pregătirea inadecvată pentru colectarea și eliminarea deșeurilor menajere. O groapă de gunoi poate prezenta, de pildă, mai multe probleme potențiale pentru protecția și sănătatea publică, dacă nu este proiectată și gospodărită corespunzător:

● eliminarea deșeului, mai ales în zone deschise, atrage rozătoare, insecte și păsări, care, ulterior, răspândesc boli;

● microbii patogeni pot fi direct inhalați datorită vântului care transportă contaminanții cu granulație fină;

● chimicalele toxice pot constitui riscuri de îmbolnăvire.

Așadar, fie că este vorba de gunoi colectat, dar impropriu gospodărit, fie de gunoi necolectat, riscurile pentru sănătatea populației există și ele nu trebuie trecute cu vederea. Problemele de sănătate survin, mai ales, în regiunile cu temperaturi și umiditate ridicate, unde deșeurile solide municipale se descompun și putrezesc cu repeziciune. În Columbia, spre exemplu, gunoiul necolectat poate cauza malaria. Acesta blochează canalele de scurgere, iar acumulările de apă creează condiții de înmulțire și răspândire a țânțarilor purtători de malarie (țânțarii Anopheles). Malaria, boală parazitară, era considerată ca o problemă predominant rurală, în prezent însă creează probleme severe în zonele urbane din regiuni extinse ale Africii, Asiei și Americii Latine. În multe orașe din țările în curs de dezvoltare, deversările de deșeuri netratate de pe terenurile deschise, din canalele sau șanțurile străzilor, scormonite de bărbați, femei și copii, constituie mediu propice de răspândire și pentru bolile infecțioase. În anul 1991, asemenea condiții au condus la o masivă epidemie de holeră în Peru și zonele apropiate din țările vecine. Această boală, transmisă prin gunoaie, s-a extins până în Mexic, semnalându-se cazuri chiar pe coasta statului Texas.(40)

Implicațiile imediate ale mediului degradat prin gunoaie sunt mirosurile dăunătoare, dar, mai ales, agenții patogeni, care pot provoca boli intestinale, respiratorii, dermatologice, etc. Spre exemplu, un studiu asupra problemelor ambientale la nivelul gospodăriilor din Jakarta, din 1991, a arătat că incidența bolilor respiratorii la copiii și mamele lor s-a corelat cu necolectarea gunoiului menajer, și aceasta, deoarece familiile, care nu beneficiau de serviciul de colectarea gunoiului, îl ardeau.

Specialiștii sugerează, de asemenea, existența unei legături directe între defectele genetice la naștere și proximitatea gropilor de gunoi. O cercetare realizată de către specialiști de la Școala Londoneză de Igienă și Medicină Tropicală, pe subiecți care locuiesc în apropierea a 23 de gropi ecologice din Europa, demonstrează corelația menționată. Astfel, se susține creșterea cu 40% a defectelor cromozomiale la naștere (sindromul Down, spre exemplu) pe o rază de 3 km în jurul gropilor de gunoi.

Cei mai expuși riscurilor la îmbolnăvire sunt cei care vin în contact direct cu gunoiul menajer, respectiv muncitorii, angajați în luarea gunoiului de pe străzi, precum și cei care extrag materiale, scormonitorii în gunoaie, pe care apoi le reciclează. Ei suferă, de obicei, de boli cronice de piele, ochi, boli respiratorii și probleme intestinale.

Problema devine cu mult mai dramatică pentru cei care trăiesc la gropile de gunoi. Este cunoscut cazul gropii de gunoi, numită „Muntele Fumegător”, aflată într-o suburbie a orașului Manila (Filipine). Acesta a devenit „un fel de oraș al deșeurilor”, cu 25 000 de oameni, care locuiesc „în colibe de carton ridicate pe prăjini înfipte în mormanul uriaș de gunoi”. Potrivit lui Uli Schmetzer de la Chicago Tribune, „acești oameni se luptă pentru teritoriile lor din mijlocul gunoaielor, chiar dacă ei și copiii lor se sufocă de fumul focurilor aprinse prin descompunere.(40)

La nivelul României, principalele aspecte ale crizei ecologice sunt determinate atât de poluarea ridicată a aerului, apei și solurilor în anumite areale, în special industriale, cât și de starea necorespunzătoare a igienei celor mai multe localități, determinată de acumularea deșeurilor industriale și orășenești menajere.

Ca urmare, ecologizarea localităților este parte integrantă a politicilor de mediu din țara noastră, iar unele activități de igienizare a acestora, între care cele referitoare la eliminarea deșeurilor, intră sub jurisdicția mai multor instituții ale administrației centrale, Ministerul Apelor și Protecției Mediului fiind cea mai înaltă autoritate de decizie și control a gestiunii deșeurilor.(28)

Strategiile și conceptele de implementare a gestionării integrate a deșeurilor se bazează astăzi pe două principii general recunoscute în întreaga lume: evitarea formării deșeurilor înainte de valorificare și valorificarea deșeurilor înainte de îndepărtarea lor. Astfel se îndeplinește cerința dezvoltării durabile, prin abordarea rațională a resurselor materiale și de energie disponibile. Dacă evitarea formării unui deșeu nu este posibilă, atunci trebuie căutate metode de valorificare sau posibilități de reutilizare. Din perspectiva tehnologică, există două tipuri de valorificare: valorificare materială și valorificare energetică (obținerea de energie electrică sau termică).

În principiu, valorificarea materială a deșeurilor trebuie să fie preferată datorită păstrării (cel puțin parțiale) a energiei și materialelor utilizate la fabricarea produsului. Puterea minimă mecanică sau termică pentru transformarea deșeului într-un produs utilizabil sau valorificabil caracterizează în acest caz calea optimă de valorificare. Din acest punct de vedere, trebuie să fie preferată utilizarea multiplă a produselor. În cadrul analizelor individuale este necesară evaluarea tuturor efectelor utilizării unei anumite tehnici de valorificare asupra naturii și a mediului înconjurător. Este vorba despre observarea întregului flux de lucru până la noul bun economic și a influențelor lui asupra mediului. De ex., efectele asupra mediului în cazul reutilizării unui ambalaj de folosință multiplă pot face produsul mai neconvenabil decât în cazul utilizării unui ambalaj de unică folosință optimizat (atunci când la colectare și curățire este consumată o mare cantitate de energie și sunt eliberate substanțe dăunătoare); și necesarul energetic și material, la producția diferitelor ambalaje, este foarte diferit. Prin studii de impact (examinarea compatibilității cu mediul) trebuie să se asigure că metoda valorificării conduce pe ansamblu la o deteriorare a mediului mai mică decât metoda îndepărtarii deșeurilor (chiar printr-o tehnică ecologică).(26)

Cerințele cele mai importante pentru o valorificare materială avansată (ca și pentru valorificarea energetică) sunt:

disponibilitatea posibilităților tehnice. Este necesară analiza tuturor tehnicilor de valorificare în ceea ce privește posibilitatea de utilizare a lor. De ex., o separare pe sortimente ale tipurilor de materiale plastice din gunoiul amestecat mărunțit nu este posibilă, deoarece nu este disponibil un procedeu practic utilizabil. Posibilitatea tehnică a valorificării trebuie luată în considerare doar atunci când în cursul procesului de valorificare se face o prelucrare prealabilă a deșeurilor;

costuri reduse. La examinarea fezabilității tehnologiei trebuie să se analizeze cât de des este utilizată o tehnică de valorificare sau dacă prin aplicarea ei nu apare un risc semnificativ pentru mediu care să creeze probleme celor care au obligația salubrizării. Cheltuielile mai ridicate la valorificarea deșeurilor în perspectiva unei dezvoltări durabile pot fi suportate mai ușor, când mai mulți utilizatori contribuie la efortul financiar pentru realizarea instalațiilor necesare;

piețe disponibile. Pentru majoritatea materialelor plastice separate pe sortimente nu există astăzi posibilități de utilizare în afară de producția de bunuri economice inferioare.Valorificarea materială a granulelor din diverse tipuri de plastic trebuie verificată, ținând cont de costurile de producție și de cererea de pe piață, pentru a realiza o valorificare autentică. Nu are nici un sens separarea fracțiunilor de deșeu fără o piață de valorificare sigură;

impactul asupra mediului. În comparație cu toate celelalte metode analizate efectele asupra mediului trebuie să fie cele mai reduse. De ex., la anumite amestecuri de deșeuri, bine structurate și cu o umiditate optimă, soluția preferată este valorificarea energetică prin substituția altor combustibili utilizabili și din perspectiva reducerii consumului de resurse;

valorificarea energetică. Se poate vorbi despre valorificare energetică dacă metoda de valorificare utilizată contribuie la obținerea de energie electrică și termică. Această energie poate fi obținută direct din instalația de tratare a deșeurilor (de ex. în incineratorul de gunoi) sau, printr-o metodă de valorificare energetică, pot rezulta combustibili, în formă solidă sau gazoasă (de ex. separarea unei fracțiuni de deșeu cu o putere calorică mare, fermentație pentru formarea biogazului). Pentru valorificarea termică este adecvată așa-numita fracțiune ușoară (hârtie, carton,) părțile care nu pot fi colectate selectiv din această fracțiune se pot separa de fracțiunile cu putere calorică mică prin metode adecvate (de ex. vânturare). Dacă partea acestor materiale încă este mare, după realizarea colectării selective, tot deșeul rămas se poate transforma (în loc de extragerea din amestecul de deșeu a fracțiunii cu putere calorică mare) prin separarea altor materiale valorificabile și impurități într-un combustibil înlocuitor depozitabil. Sunt extrase din deșeu metalele valorificabile, părțile minerale și impuritățile. Combustibilul înlocuitor, așa numitul stabilizat uscat, este obținut apoi prin uscare biologică. Acest deșeu (în principal plastic, hârtie, carton, lemn) transformat în combustibil este depozitabil ani de-a lungul, până la utilizarea în centrale termice, presat în baloți înveliți în folie. Pentru valorificarea energetică prin transformarea în biogaz sunt potrivite mai ales deșeurile cu un conținut mare de compuși organici, care se pot descompune ușor în CO2 și apă (grăsimi, proteine, glucoză, etc.). Aceste deșeuri sunt obținute mai ales în gospodării, cantine, bucătării, abatoare și în agricultură. În cel mai bun caz este vorba, în deșeul utilizat, despre șarje de deșeu colectate separat. Altfel, la tratarea biologică anaerobă a deșeului rămas trebuie tratată biologic toată masa de deșeu rămas. Aceasta se poate realiza prin fermentarea întregului amestec de deșeuri rămase, fie prin procedee uscate, fie prin procedee umede, unde partea organică care trebuie descompusă este separată din deșeul rămas;

tratarea și evacuarea deșeurilor reziduale. Independent de tehnologia de salubrizare utilizată sau de folosirea eficientă a posibilităților de valorificare, permanent va rămâne un rest nevalorificabil din deșeurile menajere (deșeu rezidual), care va fi depozitat netratat sau ca resturi de ardere. Acest corp de deșeu rămâne ca un corp străin care trebuie izolat în mediul înconjurător. De aceea, deponiile sunt împrejmuite, de circa 10- 15 ani, cu bariere din ce în ce mai eficiente, pentru a le izola de mediu. Deșeul rezidual, pentru care deponia reprezintă o cale eficientă de îndepărtare, cuprinde, în funcție și de metodele de valorificare și tratare utilizate anterior, în medie până la 50% din deșeul total din localități. Pe termen scurt, în România nu se poate micșora acest procent.(29)

La depozitarea finală, deșeul trebuie să fie pe cât posibil inert (neutru față de mediu), adică pe termen lung să fie stabil din punct de vedere fizico-chimic și sărac în emisii. Pentru a îndeplini această cerință este necesară o tratare termică sau biologico-mecanică prealabilă.

2.1. Impactul global al deșeurilor asupra schimbărilor climatice

Activitățile umane, inevitabil, generează deșeuri ce provin din diverse surse, iar sporirea consumului în ultimele decenii a dus la creșterea globală a volumelor de deșeuri menajere solide. Societatea nu acceptă faptul că deșeurile au depășit capacitatea mediului de a le absorbi și neutraliza într-un ritm apropiat ritmului de generare.

Creșterea economică este direct proporțională cu generarea deșeurilor, ceea ce favorizează conflictul dintre tehnosferă și ecosferă. Cu toate că majoritatea deșeurilor generate pot fi reciclate, acestea în cele din urmă, ajung a fi eliminate la depozite de deșeuri menajere solide. Societatea de consum de la finele sec. XX, precum și stilul de viață, determinat de creșterea bunăstării acesteia, generează o creștere cantitativă și calitativă a deșeurilor din punctul de vedere al nocivității acestora. În medie, statele industrializate generează 1,5-3 kg/zi/ persoană, pe cînd cele în curs de dezvoltare 0,5-0,9 kg/zi/persoană. În plan global depozitele sînt surse majore ale emisiilor de metan, care este al doilea gaz cu efect de seră. Schimbările climatice din ultimii ani se manifestă tot mai ferm: creșterea evaporării oceanului tropical cu 16 %, creșterea vitezei medii a vîntului cu 15 %, precum și sporirea fenomenelor extreme cum ar fi cicloane, tornade, uragane (SUA), furtuni grave (Marea Neagră), ploi torențiale (România, Germania, Cehia, Austria, etc.), valuri de căldură (Portugalia, Franța), secete, incendii, valuri de ger etc.

Managementul deșeurilor poate avea impact asupra emisiilor gazelor cu efect de seră, inclusiv prin generarea metanului, sechestrarea carbonului, utilizarea combustibilului alternativ. Emisiile de CH4 provenite din sectorul „deșeuri” reprezintă 18,93 % din totalul emisiilor CH4 în anul 1990, cota celor din urmă fiind în creștere și constituie 21,10 % în anul 1998.(49)

CAPITOLUL 3

CARACTERISTICI MICROBIOLOGICE GENERALE ALE DEȘEURILOR

Deșeul reprezintă resturi dintr-un produs, materie primă, material, producție, care rămân sau se degradează în cursul recoltării, prelucrării industriale, creșterii, exploatării sau în alte activități și care nu mai pot fi folosite conform destinației inițiale. Multe din deșeuri pot fi recuperate și valorificate ca surse de materie primă ca atare sau după o prealabilă prelucrare.

Reziduul reprezintă deșeuri ce nu se pot recupera la locul de producere (sau recuperarea nu este rentabilă). În zootehnie reziduul este sterilul rezultat din materiile prime folosite în hrana animalelor. În producția vegetală și industria alimentară, reziduuri sunt considerați toți efluenții solizi, lichizi sau gazoși ce părăsesc unitățile respective.(51)

3.1. Clasificarea deșeurilor

Torentul de deșeuri care este generat în localitățile rurale și mai cu seamă în cele urbane reprezintă unul din semnele evidente ale relației tensionate dintre om și mediu. Astfel progresul societății diminuează resursele naturale și regresează starea mediului ambiant.

Din punctul de vedere al sursei de generare deșeurile sunt divizate în:

● menajere și asimilabile cu cel menajer, cele provenite din activități casnice sau asimilabile cu acestea și care pot fi preluate cu sistemele de precolectare curente din localități sau cele provenite din industrie, din comerț, din sectorul public sau administrativ, care prezintă compoziție și proprietăți similare cu deșeurile menajere și care sunt colectate, transportate, prelucrate și depozitate împreună cu acestea;

● cele provenite din construcția sau demolarea obiectivelor civile sau industriale;

● stradale, cele provenite din activitatea cotidiană a populației, spații verzi, de la animale, din depunerea de substanțe solide din atmosferă, etc.;

● deșeuri de grădină, cele provenite din grădini, scuaruri, spații verzi, etc.;

● industriale, cele provenite din procesele tehnologice;

● agricole, cele provenite din unitățile agricole sau zootehnice;

● animaliere, cele ce provin din abatoare, unități zootehnice, ecarisarea teritoriului.

Din punctul de vedere al compoziției deșeurile sunt divizate în:

● deșeuri cu compoziție anorganică: metale și nemetale, din construcții (betoane, tencuieli, pavaje, etc.), sticlă, ceramică, zgură, cenușă, diverse agregate, nămoluri anorganice;

● deșeuri cu compoziție organică: resturi vegetale, resturi animaliere, hîrtie, cartoane, textile, mase plastice, lemn, plută, resturi de la prelucrarea pieilor și blănurilor, nămoluri organice;

● deșeurile alimentare sînt resturi rezultate în procesul producerii, depozitării, preparării, sau consumului produselor alimentare;

● frunzele și iarba sunt reziduuri fitotehnice, provenite din sectorul public și privat, cu excepția masei lemnoase. Această categorie nu include masa lemnoasă sau orice deșeu provenit din sectorul agricol;

● lăstarii și crengile sunt reziduuri fitotehnice de la curățirea copacilor în sectorul public și privat;

● reziduurile din sectorul agrar sînt deșeuri fitotehnice rezultate în procesul de creștere a culturilor agricole. Exemplu: această categorie include reziduuri de la curățirea livezilor și viilor, reziduuri vegetale rezultate după recoltare. Nu sunt incluse reziduurile provenite de la fabricile de conserve, de vin sau din alte întreprinderi de prelucrare a produselor agricole;

● textilele sunt articole confecționate din fibre țesute sau toarse, haine. Exemplu: această categorie include îmbrăcăminte din fibre sintetice sau naturale, stofe și draperii. Nu include stofa pentru furnitura mobilei, canapele, articole din piele și încălțăminte;

● alte reziduuri organice compuse sunt deșeuri de origine organică, care nu sunt incluse în categoriile menționate mai sus. Această categorie include reziduuri organice în combinație cu alte materiale.

După caracteristicile principale de tratare:

● deșeuri combustibile (resturi de hîrtie, cartoane, textile, mase plastice, lemn, plută);

● deșeuri fermentabile (resturi alimentare, legume, fructe, dejecții animaliere);

● deșeuri inerte (resturi metalice feroase și neferoase, din construcții (betoane, tencuieli, pavaje, etc.), sticlă, ceramică, zgură, cenușă, pământ, etc.).

După posibilitățile de refolosire:

● deșeuri refolosibile ca atare (sticlă, metale feroase și neferoase, textile, mase plastice, tăbăcărie, pielărie, blănărie, lemn, plută, cauciuc);

● deșeuri refolosibile ca materii prime secundare (resturi de hîrtie, carton, sticlă, metale feroase și neferoase, textile, mase plastice, tăbăcărie, pielărie, blănărie, lemn, plută, cauciuc, resturi alimentare, resturi vegetale, legume, fructe, dejecții animaliere, etc.).

Din punctul de vedere al gradului de agresivitate față de mediu:

● deșeuri periculoase, cele care sînt explozive, oxidante, inflamabile, iritante, nocive, toxice, cancerigene, corosive, infecțioase, teratogene, mutagene, ecotoxice dacă nu sunt gestionate adecvat afectează echilibrul ecosistemelor, etc.;

● deșeuri inerte, cele care nu suferă nici o transformare fizică, chimică sau biologică, cu potențial redus de poluare.

Deșeuri speciale:

● cenușa, rezultă din procesul de ardere a unor materiale solide sau lichide. Exemplu: această categorie include cenușa de la incendii, incineratoare, sau alte facilități de incinerare a deșeurilor;

● nămolul este deșeu rezultat din tratarea apelor reziduale comunale;

● nămolul industrial este deșeu rezultat din procesele de tratare a apelor industriale;

● deșeuri medicinale sunt deșeuri rezultate din instituțiile medicale;

● deșeurile voluminoase sunt deșeuri de mărimi mari, care sunt greu de administrat și nu sunt atribuite la categoriile menționate mai sus. Exemplu: această categorie include canapele, mobilă, cutii, etc.;

● alte deșeuri speciale sunt cele care nu sunt specificate în categoriile menționate mai sus. Exemplu: această categorie include materiale ce conțin azbest, etc.

Deșeurile de construcție și demolare sunt:

● betonul, este material de construcție compus din nisip, prundiș, ciment și apă utilizat la construcția fundamentului clădirilor, pavajelor, etc.;

● asfaltul este utilizat la pavarea drumurilor;

● lemnul este material de construcție utilizat la confecționarea ușilor, ferestrelor, în calitate de piloni, bârne, etc.;

● tabla din ghips este confecționată de tip „sandwich”, compusă dintr-un strat de ghips plasat între două straturi de hârtie. Se utilizează la nivelarea pereților, podurilor, etc. Această categorie include table uzate sau deteriorate, pereți din table de ghips, etc.;

● pietre, sol. Exemplu: această categorie cuprinde roci, pietre, prundiș, nisip, lut și sol;

● alte deșeuri de construcție și demolare includ deșeurile care nu se atribuie la categoriile menționate mai sus. De obicei aceste materiale sînt compuse din mai multe materiale de construcție. Exemplu: această categorie include cărămida, ceramica, țigla, chiuvetele, deșeuri amestecate cu sticla plată, lemnul, ceramica, faianța, etc.

Cele mai importante surse și categorii de deșeuri ce rezultă din producția vegetală, producția animală și din industria alimentară și care reprezintă vectori de transmitere a bolilor infecțioase, ridicând probleme grave din punct de vedere al potențialului patogen sunt următoarele:

deșeuri agricole;

deșeuri și reziduuri din fermele zootehnice;

deșeuri și reziduuri din industria alimentară;

deșeuri și reziduuri din industria chimico-farmaceutică;

reziduuri menajere, stradale și industriale;

ape uzate și nămolurile de decantare;

deșeuri și reziduuri speciale.

3.2. Microbiologia deșeurilor agricole

Deșeurile agricole sunt reprezentate de paie de cereale și leguminoase, coceni de porumb, tulpini și capitule de floarea soarelui, vreji de leguminoase, vreji de cartofi, frunze și colete de sfeclă și morcov, resturile de la culturile de grădină, etc. Toate acestea sunt susceptibile a fi reciclate în hrana animalelor iar pentru ridicarea valorii nutritive și a randamentului la utilizare, se pot aplica procedee mecanice, fizice, chimice și biotehnologice, reziduurile rămase fiind biodegradabile în sol.(43)

Microorganismele de pe aceste deșeuri provin de regulă din pământ, pot fi aduse de praf și de insecte iar numărul lor crește vertiginos dacă deșeurile se alterează și încep să fermenteze. Speciile reprezentative sunt: Pseudomonas, care se înmulțesc rapid (specia Pseudomonas herbicicola formează pe medii solide colonii galben aurii). Bacteriile aduse de praf și insecte sunt reprezentate de bacteriile butirice, de Bacillus mycoides, Bacillus subtilis, bacterii patogene provenite din sol Escherichia coli, bacilul antraxului, bacilul tuberculozei, etc. Mucegaiurile, Penicillium, Aspergillus, Alternaria, Mucor, Fusarium, etc., drojdii, Saccharomyces.

Resturile provenite de la leguminoase, prezintă un pH>4,5 și astfel pot fi alterate atât de bacterii cât și de miceți. În procesul de alterare a acestor resturi agricole pot interveni și bacteriile lactice și acetice ex. putrezirea umedă a cartofilor este produsă de Pseudomonas solanacaerum.(48)

3.2.1. Descompunerea deșeurilor agricole cu ajutorul microorganismelor

Deșeurile agricole sunt deșeuri vegetale grosiere astfel că au un conținut mare în polizaharide cum sunt: celuloza, pectinele, lignina, chitina, amidonul.

Microorganismele au capacitatea de a descompune, prin acțiune hidrolizantă celuloza. Procesul de biodegradare este astfel un proces hidrolitic și se realizează cu ajutorul enzimelor celulază și celobiază, sintetizate de către microorganisme. Microorganismele celulozolitice sunt reprezentate de: Cytophaga, Myxococcus, Cellvibrio, Actynomices, Bacillus cellulosae dissolvens, Clostridium sp., Pseudomonas, ciuperci Fusarium, Aspergillus, etc. (43)

Pectinele, componente importante ale deșeurilor vegetale sunt atacate de microorganisme specifice cum sunt Pseudomonas, Prunicola care sintetizează enzima pectinesteraza.

Lignina este descompusă de microorganisme posesoare de enzime polifenoloxidazice.

Chitina este atacată de multe bacterii ce produc chitinaze: Flavobacterium, Pseudomonas, Micrococcus, Klebsiella, E. coli, etc.

Paiele de calitate inferioară, fânul degradat, sunt biodegradabile și pot fi compostate în vederea utilizării ca îngrășământ. Este o mare pierdere economică și constituie o gravă eroare ecologică aprinderea paielor pe miriști. Pentru a ridica valoarea nutritivă a paielor se pot aplica o serie de procedee biotehnologice printre care putem exemplifica procesul de dospire a paielor prin prelucrarea de drojdie furajeră pe suport de paie. În urma acestor procedee, reziduurile rămase sunt biodegradabile în sol.

De asemenea, deșeurile vegetale cum sunt: paiele de graminee, cojile de semințe de floarea soarelui, coji de orez, au valoare energetică mare și sunt utilizate cu succes în cuptoare de mică capacitate, ori în instalații industriale de reciclare energetică.

Pentru ca deșeurile agricole să nu devină o problemă în ceea ce privește gestiunea lor precum și valorificarea neavantajoasă, de regulă marile combinate de creștere a animalelor sunt amplasate în zone agricole care pot asigura și hrana animalelor, dar și preluarea dejecțiilor animaliere ca și îngrășământ.(43)

3.3. Microbiologia deșeurilor și reziduurilor din fermele agro-zootehnice

Deșeurile și reziduurile din fermele zootehnice sunt reprezentate de dejecțiile și reziduurile provenite de la efectivele de taurine, porcine, păsări, ovine, etc. Dejecțiile animalelor din fermele zootehnice constituie o importantă sursă de agenți patogeni (bacterii, virusuri, ciuperci, protozoare, ouă și larve de viețuitoare parazite, iar depozitarea acestora la întâmplare poate produc îmbogățirea materiei organice din sol și astfel dezvoltarea actinomicetelor și a ciupercilor potențial patogene. În dejecții dar și în cadavrele animalelor și păsărilor se pot întâlni bacterii din genul Clostridium, Salmonella, Brucella, etc.(44)

Ca urmare a exploziei demografice și a intensificării și industrializării producției zootehnice, au apărut probleme grave privind impactul fermelor cu mediul ambiant, multe din complexele zootehnice ajungând să se înece în propriile deșeuri și reziduuri. În funcție de tehnologia de creștere și exploatare, modul de colectare și evacuare a dejecțiilor, reziduurile principale sunt: gunoiul de grajd (bălegarul), dejecțiile semilichide (amestec de fecale, urină și apă tehnologică), cu evacuare hidraulică, dejecții păstoase (fecale+urină), colectate cu racleți sau lopată mecanică.

Microorganismele reprezintă componentul cel mai dinamic al dejecțiilor care acționează încă din tubul digestiv, până la mineralizarea substratului organic. Gunoiul de grajd proaspăt conține un număr imens de microorganisme, ex. o găină elimină în 24 de ore 619 milioane enterococi iar un porc 226 miliarde enterococi. Microorganismele existente în dejecțiile animaliere sunt reprezentate de germeni anaerobi cu sunt enterobacteriile, germeni sulforeducători și producători de hidrogen sulfurat. În dejecțiile semilichide provenite din complexele de porcine se află un număr foarte mare de bacterii coliforme și bacterii sporulate. Astfel, încărcătura biotică a dejecțiilor este foarte mare. Acest fapt se explică prin condițiile excelente de nutriție și înmulțire oferite microorganismelor simbiote și celor patogene ce se elimină prin fecale și urină.(44)

În procesul reciclării nepoluante a dejecțiilor obiectivul urmărit este neutralizarea agenților microbieni patogeni (bacterii, virusuri, ciuperci, ouă, larve, paraziți intestinali) și stimularea microorganismelor ce realizează oxido-reducerea materiei organice.

În exploatațiile agro-zootehnice, pe lângă deșeurile cu valoare fertilizantă-gunoi de grajd, dejecții lichide și fluide pot rezulta și alte deșeuri și resturi, care netratate corespunzător pot deveni agenți de poluare ai solului, apei și aerului. În această categorie sunt incluse diferite excreții lichide și solide rezultate, de exemplu, de la mulsul animalelor, de la locurile de sacrificare ale acestora, ape uzate de la lucrările de igienizare a adăposturilor, etc. Ele trebuie gestionate cu foarte mare atenție pentru a evita poluarea apei și a solului de către unele substanțe periculoase sau toxice pe care le conțin (agenți patogeni, metale grele, detergenți, etc.). Aceste tipuri de deșeuri trebuie tratate în stații de epurare iar după realizarea parametrilor de depoluare și neutralizare prevăzuți, pot fi folosite după caz ca materiale fertilizante sau depozitate ca deșeuri conform normelor în vigoare.

Toate unitățile agro-zootehnice mari trebuie să dispună de instalațiile aferente pentru executarea operațiilor de decontaminare și neutralizare a deșeurilor și resturilor provenite din exploatațiile agro-zootehnice (sisteme de scurgere, colectare și transport, stații de epurare, locuri de depozitare). Evacuarea apelor uzate în rețeaua de canale de desecare sau, după caz, de irigații, ori pe terenurile agricole se va face numai în condițiile realizării unei epurări corespunzătoare.

Un tratament deosebit trebuie acordat animalelor decedate în fermă și a animalelor de fermă care au murit în cursul tranzitului. Carcasele acestora nu pot fi depozitate la întâmplare, deoarece consituie focare de răspândire a unor boli și surse de poluare a apelor de suprafață și subterane.

Orice posesor de animale trebuie să raporteze moartea unui animal medicului veterinar, care, în urma examinării, va recomanda procedura cea mai adecvată de depozitare sau tratare pentru situația semnalată. Tratarea acestor tipuri de deșeuri se face în unități specializate, aprobate de Agenția Națională Sanitară Veterinară.

Autoritatea competentă poate să decidă înlăturarea cadavrelor cu grad ridicat de risc, prin procedura arderii în crematoriu sau a îngropării: în cazul în care există un pericol de propagare a riscurilor legate de sănătate în timpul transportului, există suspiciunea că agenții patogeni ar putea rezista tratamentelor aplicate în unitățile de prelucrare a deșeurilor de acest tip, carcasele animalelor în cauză provin din locuri la care accesul se realizează dificil, cantitatea și distanța care trebuie acoperită nu justifică măsura colectării acestui tip de deșeuri.

Îngroparea carcaselor de animale decedate trebuie să se efectueze la o adâncime suficientă (cel puțin 1 m), pentru a preveni dezgroparea lor de către animale sau păsări carnivore și, de asemenea, pentru a preveni poluarea aerului cu mirosuri dezagreabile precum și poluarea surselor de apă. Înainte de a fi îngropate trebuie stropite cu un dezinfectant corespunzător. Carcasele provenite de la animale bolnave trebuie îngropate întregi (cu piele sau blană și cu toate organele interne).(58)

La alegerea locului de îngropare se va avea în vedere ca acesta să fie situat la cel puțin 500 m de vatra localității și la cel puțin 250 m de fântâni, foraje sau izvoare din care se extrage apă potabilă pentru oameni și animale. De asemenea, fundul gropii trebuie să fie uscat, respectiv să nu fie acoperit de un strat de apă.

Nu este permisă aruncarea animalelor moarte la platforma de gunoi, la platforma de compostare sau între ruine. Aceleași recomandări se aplică și pentru păsările de fermă moarte.

Apele uzate și deșeurile provenite din sectorul de prelucrare a produselor agricole și zootehnice prezintă, de regulă, o încărcătură mare și foarte specifică de substanțe potențial poluante, în principal de origine organică: hidrați de carbon (zahăr, amidon), grăsimi, proteine, etc. Pot prezenta, de asemenea, o încărcătură semnificativă de agenți patogeni, în special cele provenite din sectorul de prelucrare a produselor zootehnice.

Apele uzate, provenite din sectoarele menționate mai sus, nu se deversează direct în apele de suprafață sau în rețeaua de canale pentru irigații sau drenaj, deoarece au un efect poluant rapid și intens mai ales datorită consumului biochimic de oxigen foarte ridicat. Conform legii, toate unitățile de prelucrare a produselor vegetale (fabrici de zahăr, fabrici de conseve de legume, de sucuri de fructe, de ulei, etc) și animale (abatoare, fabrici de mezeluri și conserve de carne, fabrici de prelucrare a laptelui, etc.) trebuie prevăzute încă din faza de proiectare cu stații de tratare a apelor uzate și cu tehnologii specifice fiecărui tip de unitate.(19)

Respectarea tehnologiilor de epurare și întreținerea corespunzătoare a stațiilor de tratare a apelor uzate sunt măsuri de natură să conducă la obținerea unor ape purificate care pot fi deversate în continuare în sistemul de canalizare sau pot fi folosite, dacă sunt corespunzătoare calitativ, la irigarea culturilor vegetale.

Nămolurile de la stațiile de epurare pot fi folosite, după compostare, la fertilizarea culturilor vegetale, dacă nu există alte restricții privind utilizarea lor (de ex. o încărcătură de metale grele sau de alte substanțe periculoase peste limita maximă admisibilă). Administrarea acestora trebuie făcută numai după analizarea lor de către laboratoarele de specialitate.(16)

Alte deșeuri provenite de la unități de prelucrare a produselor zootehnice, trebuie prelucrate, conform legii, în unități specializate, aprobate de Agenția Națională Sanitară Veterinară. Prin prelucrare se pot obține produse pentru hrana animalelor de casă și pentru pești sau diferite produse tehnice ori farmaceutice.

Autoritatea sanitară veterinară centrală, în situații excepționale și sub supravegherea veterinară efectuată de autoritățile competente, poate autoriza utilizarea deșeurilor de origine animală în scopuri științifice.

Deșeurile care nu sunt potrivite pentru prelucrare, se înlătură prin incinerare sau prin îngropare într-un sol corespunzător, în scopul prevenirii contaminării cursurilor de apă sau a poluării mediului.

3.3.1. Indicatori utilizați pentru aprecierea potențialului poluant al dejecțiilor și reziduurilor zootehnice

Indicatorii de poluare care surprind dimensiunile și consecințele impactului reziduurilor zootehnice asupra mediului sunt următorii:

total reziduuri (dejecții) brute RB– (fecale, urină, amestec de fecale și urină cu apă tehnologică sau cu material de așternut). Este un indicator cantitativ care indică dimensiunea acumulării reziduurilor zootehnice în mediul ambiant și se exprimă în kg/cap/timp;

total substanță uscată (SU)– se raportează în % față de total reziduuri sau cantitativ (kg subst. uscată/total reziduu brut), este corelată cu umiditatea reziduurilor;

total substanță organică (SO) –se raportează la reziduurile totale în % sau gravimetric (kgSO/kg SU);

materii solide totale (ST) – se determină prin reziduul fix la 105°C;

materii solide volatile (SV)- se determină prin calcinare la 600°C a reziduului total;

materii în suspensie;

aspect, culoare, miros;

sediment (la reziduurile lichide), emisiuni odorante;

total azot, fosfor, potasiu, calciu, cloruri, etc;

reacția (pH-ul);

potențialul de oxidoreducere, indicele de putrescibilitate, consumul chimic de oxigen (C.C.O.), consumul biochimic de oxigen (C.B.O.5);

încărcătura biotică: NTG/g, NTG/ml;

numărul de germeni din grupe cu semnificație igienică;

germeni patogeni;

elemente parazitare invazionale (ouă, larve, paraziți);

activitatea toxică a extractelor apoase din reziduuri.(43)

C.C.O. este cerința chimică (consumul de oxigen) pentru oxidarea substanțelor organice. Se determină în mediu acid sau bazic, ca donator de oxigen utilizându-se KMnO4 și K2Cr2O7. Se exprimă în mgKMnO4/l sau în mg O2/L.

CBO5 reprezintă consumul biochimic de oxigen la 20°C timp de 5 zile, la întuneric. Exprimă consumul de oxigen folosit de microorganisme pentru oxidarea biochimică a substanței organice. Redă mărimea poluanților biodegradabili.

Echivalentul locuitor (E.L.) reprezintă consumul biochimic de oxigen necesar pentru apa reziduală fecaloid menajeră provenită de la un locuitor din mediul urban pe timp de 24 ore.(43)

3.4. Caracteristicile microbiologice ale deșeurilor provenite din industria alimentară

Deșeurile și reziduurile din industria alimentară sunt extrem de variate. Multe din aceste deșeuri sunt recuperate și reutilizate pe loc, astfel încât nu trec prin etapa de poluant al mediului. Reziduurile din industria alimentară se prezintă sub formă de efluenți lichizi ce prezintă pericol de poluare organică complexă a solului și a apelor naturale ce au rol de receptor. Caracteristicile deșeurilor din industria alimentară sunt compoziția lor, preponderent organică, biodegradabiltatea și impactul asupra râurilor și lacurilor naturale concretizat în eutrofizarea excesivă a acestora.(4)

Principalele reziduuri din industria alimentară provin de la fabricile de zahăr, din industria amidonului, fabricile de conserve de fructe și legume, fabricile de malț, fabricile de bere, abatoare și fabrici de conserve de carne, industria laptelui și a brânzeturilor, etc.

Din punct de vedere microbiologic o atenție deosebită se acordă conținutului de microorganisme patogene al efluenților din abatoare. Cercetările efectuate în această direcție au condus la identificarea salmonelelor, bacililor dizenterici, bacililor tuberculozei, germenilor anaerobi sporulați, leptospirelor, bacilului antraxului, agentul tetanosului, colibacililor patogeni, paraziților intestinali, cu ridicat potențial patogen pentru om și animale. De asemenea, efluenții rezultați din industria laptelui și a brânzeturilor au un conținut apreciabil de materii organice biodegradabile, datorită procedeelor de colectare și prelucrare a laptelui.

Apele uzate din industria alimentară prezintă o compoziție extrem de variată, concentrații ridicate de consum chimic de oxigen (CCO), dar și de consum biochimic de oxigen (CBO). Valorile acestora pot fi de 10-100 ori mai mari decât în cazul apelor menajere.

Tabelul nr. 3

Echivalentul de CBO5 al principalilor constituenți alimentari

Concentrația de materii în suspensie variază de la valori neglijabile la valori mai ridicate de 120.000 mg/l. Apa uzată provenită din sectorul de procesare a cărnii sau de la lăptării conține concentrații ridicate de grăsimi și uleiuri comestibile.(16)

Apele uzate rezultate din procesarea alimentelor variază de la un pH foarte acid 3,5 la un pH foarte alcalin 11.

3.4.1. Reziduurile lichide

Apele reziduale sunt acele ape care prin folosire și-au modificat proprietățile inițiale, astfel, reintroducerea acestor ape în circuitul apelor naturale conduce la impurificarea acestora. Agenții impurificatori sau poluanții sunt reprezentați de un amestec complex de materii minerale și organice dizolvate sau în suspensie, de forme de energie (căldură, radioactivitate) de organisme vii și microorganisme patogene.

Apele reziduale din industria alimentară constau din ape de transport și spălare a materiei prime, ape tehnologice, ape de condens sau de răcire, ape de la spălarea și dezinfecția sălilor de fabricație, a utilajelor și ambalajelor, ape de la instalațiile sanitare. Apele conțin cantități importante de reziduuri solide compuse din resturi de materie primă, produse finite rebutate, resturi neutilizabile din produse. De asemenea, apele reziduale se caracterizează printr-o mare fluctuație a proprietăților fizico-chimice și microbiologice datorită varietății provenienței și compoziției acestora.

Principalul efect asupra apelor receptoare constă în impurificarea cu materie organică degradabilă care implică reducerea conținutului de oxigen dizolvat în apă. Astfel, îmbogățirea apei cu materii nutritive sub formă minerală, sau ca rezultat al mineralizării materiilor organice, determină o formă indirectă de poluare și anume eutrofizarea. Aceasta se manifestă printr-o producție crescută de alge și de alte plante acvatice, cu influență nefastă asupra celorlalte viețuitoare din ape și deteriorarea generală a calității apei.(1)

Poluarea microbiologică a apelor reziduale este produsă de microorganisme vii cum sunt drojdiile, mucegaiurile și diferite bacterii, având ca proveniență fie microflora epifită a materiilor prime, fie cea rezultată din materiile de dejecție ale organismelor vii. Gradul de poluare al unei ape reziduale se urmărește înainte și după epurare prin determinarea următoarelor caracteristici:

● pH-ul, suspensiile solide fixe și volatile și substanțele dizolvate;

● CBO5, consumul biochimic de oxigen la 5 zile, în mg/l, necesar pentru oxidarea biochimică a materiilor organice la o temperatură de 200C și în condiții de întuneric;

● CCO, consumul chimic de oxigen, în mg/l, pentru oxidarea sărurilor minerale oxidabile și a substanțelor organice, determinat prin metoda cu permanganat de potasiu sau cu bicromat de potasiu;

● prezența azotului întâlnit sub formă de amoniac liber, azot organic, nitrați și nitriți;

● prezența sărurilor, sulfiți, sulfați și cloruri;

● prezența metalelor: cupru, crom, nichel, mercur, argint, cobalt, zinc, sodiu și potasiu, siliciu, aluminiu, cadmiu;

● prezența substanțelor organice greu biodegradabile: cianuri, toluen, anilină, benzen, naftalină;

● prezența microorganismelor de diverse tipuri, unele contribuind la procesul de epurare, iar altele la îmbolnăvirea oamenilor și animalelor. Prezența acestora din urmă impune necesitatea dezinfectării apei la ieșirea din stația de epurare.(8)

Ape reziduale din industria amidonului

Apele reziduale de la fabricarea amidonului din cartofi sau porumb au pH acid, sunt predispuse la fermentare lactică și favorizează dezvoltarea rapidă a bacteriilor și mucegaiurilor, care consumă foarte repede oxigenul din apa receptorului, producând procese de fermentare anaerobă cu formare de acizi și gaze (hidrogen sulfurat). Aceste ape pot forma o spumă persistentă iar evacuarea lor fără o epurare prealabilă într-un curs de apă cu debit relativ redus duce la o degradare rapidă a calității apei râului. Apele reziduale de la fabricarea amidonului din cartofi sunt:

● ape de spălare și transport a cartofilor, care conțin materii nisipoase și particule de pământ în proporție de 5-20% din greutatea tuberculilor, elemente solubile ale cartofilor într-o diluție foarte mare și într-o cantitate mai mică particule fine de pulpă și granule de amidon;

● ape tehnologice ce conțin ape cu pulpă, cu cantități mari de substanțe organice, în stare solubilă sau insolubilă și cantități mici de săruri minerale, mai ales compuși cu potasiu și fosfor;

● ape de spălare a amidonului și ape de condens.

În fabricile de amidon de cartofi, procedeul de recirculare se aplică numai apelor de transport și spălare. În fabricile de amidon de porumb, apele reziduale încărcate cu substanțe proteice, apele de spălare a amidonului, apele folosite pentru umectare și umflare sunt recirculate și utilizate în primul stadiu al fabricației. Prin concentrarea reziduurilor se obține un produs util, extractul de porumb.

Apele reziduale de la fabricile de amidon pot să fie supuse unei epurări biologice artificiale, în instalații cu nămol activ sau biofiltre, chiar fără preepurare.(8)

Tabelul nr. 4

Caracteristicile apelor reziduale de la fabricarea amidonului

Apele reziduale din industria zahărului

În urma fabricării zahărului din sfeclă rezultă mai multe tipuri de ape reziduale din diferite faze ale procesului tehnologic. Cele mai importante din punct de vedere cantitativ și calitativ sunt apele reziduale de la transport și spălare, apele reziduale de la difuzie și presare și apele de condens.

Apele de la transport și spălare au un conținut foarte ridicat de materii în suspensie, ce constă în principal din pământ aderent și din substanțe organice dizolvate provenite de la sfeclă și frunze. Apele de la difuzie și presare sunt bogate în materii organice dizolvate și coloidale și conțin cantități mari de nutrienți.

Deversarea acestor ape într-un râu produce înnămolirea acestuia iar consumul accelerat de oxigen în zona de vărsare, datorită temperaturii ridicate a apelor reziduale, duce la dispariția oxigenului. De asemenea s-a constatat mortalitatea excesivă a peștilor, produsă în special de efectul toxic al saponinelor rezultate de la difuzie, presare și datorită consumului de oxigen. Apele reziduale de condens sau de la purificare ajung calde în cursurile de apă receptoare și nu prezintă decât o poluare slabă.(8)

Tabelul nr. 5

Caracteristicile apelor reziduale din industria zahărului

Ape reziduale din industria uleiurilor și grăsimilor

La fabricarea uleiurilor vegetale rezultă ape reziduale în special în urma proceselor de rafinare la care se adaugă apele de condens. Apele reziduale conțin uleiuri, emulsii, materii organice cu azot. Consumul chimic de oxigen este ridicat, provocând deficit de oxigen în cursul de apă receptor. Grăsimile animale conținute de apă formează la suprafața acesteia pelicule care împiedică transferul de oxigen.

Ape reziduale din industria conservelor de fructe și legume

Provin de la spălarea materiilor prime proaspete, din procesul tehnologic de opărire, în urma tratamentului termic de pasteurizare și răcire (ape de condens) și de la spălarea și igienizarea spațiilor de producție, a utilajelor și ambalajelor. Sunt puternic poluate, conținând cantități însemnate de suspensii formate din coji, resturi de fructe și legume, pământ, etc. Au un conținut variabil de acizi, glucide și protide, deci un consum biochimic de oxigen ridicat. La evacuarea fără epurare a acestor ape apare posibilitatea unei fermentații acide, ceea ce dăunează calității receptorului, faunei acestuia și influențează negativ activitatea microorganismelor aerobe cu rol important în epurare.

Deși fructele și legumele nu reprezintă medii prielnice pentru multiplicarea sau supraviețuirea microorganismelor patogene și condiționat patogene, totuși ele pot răspândi multe maladii bacteriene și virotice: febra tifoidă, dizenteria bacilară, hepatita epidemică, enteritele virale, holera, poliomielita, leptospirozele, paraziți, protozoare, nematode, cestode (ouăle de Taenia).(45)

Tabelul nr. 6

Caracteristicile apelor reziduale din industria conservelor de fructe și legume

Apele reziduale din industria malțului, berii și băuturilor răcoritoare

Apele reziduale din industria malțului provin în special de la golirea linurilor de umectare și sunt reprezentate de apele de spălare a orzoaicei sau a orzului, de apele provenite de la spălarea și curățarea spațiilor de producție, a spațiilor anexe și a utilajelor dar și de ape de răcire și condensare.

Din punct de vedere compozițional, apele reziduale proaspete de la mălțării sunt soluții diluate de glucide, protide solubilizate și săruri minerale, îndeosebi fosfați, în care se găsesc în suspensie particule de pământ, praf, fragmente de grăunțe, etc.

Din industria berii rezultă ape reziduale concentrate de la diferite operații ale procesului tehnologic și ape reziduale mai diluate constituite din apele de spălare a încăperilor, rezervoarelor, conductelor și ambalajelor. În industria băuturilor răcoritoare nu se produc ape reziduale cu poluare deosebită, însă consumul și diversificarea în continuă creștere explică interesul pentru o epurare eficientă. Apele reziduale provin îndeosebi de la spălarea sticlelor și rezervoarelor de înmagazinare, amestecare și filtrare.

Îndepărtarea etichetelor la spălarea sticlelor recirculate mărește mult cantitatea de materie în suspensie în apele reziduale. Efectele dăunătoare ale deversării acestor ape sunt asemănătoare cu cele ale apelor reziduale menajere.(8)

Tabelul nr. 7

Caracteristicile apelor reziduale provenite din industria malțului, berii și băuturilor răcoritoare

Apele reziduale din industria vinului

Apele reziduale din industria vinului sunt formate din apele reziduale de la spălarea utilajelor, a drojdiei rămasă în vasele de fermentare, a sălilor de fabricație și a utilajelor.

Apele reziduale din industria spirtului și drojdiei

Cantitatea și caracterul apelor reziduale formate la fabricarea alcoolului etilic de fermentație depinde în mare măsură de felul materiei prime și de tehnologia utilizată. Efectul pe care aceste ape îl produc asupra receptorului prin deversare, sunt o consumare rapidă a oxigenului, urmată de o fermentare anaerobă acidă. Apele reziduale de la fabricarea drojdiei sunt diferențiate de materia primă folosită în procesul tehnologic cum ar fi melasa, borhoturi, zer, dar au și caracteristici comune. Astfel, toate aceste ape au un caracter acid pH = 4-5 și conțin în stare dizolvată glucide, rășini, gume și acizi organici. Apele reziduale au și un efect toxic asupra peștilor din cauza conținutului de rășini și substanțe tanante.(8)

Tabelul nr. 8

Caracteristicile apelor reziduale din industria spirtului și drojdiei

Apele reziduale din industria de prelucrare a laptelui

Apele reziduale provenite din industria de prelucrare a laptelui și a produselor lactate acide pot fi încărcate microbiologic cu următoarele categorii de germeni patogeni și condiționat patogeni: Salmonella typhi, S. paratyphi, Shigella, stafilococi coagulazo-pozitivi (enterotoxici), Mycobacterium tuberculosis, Brucella abortus, Brucella melitensis, bacilul antraxului, Escherichia coli, Proteus, Streptococcus pyogenes, Yersinia enterocolitica, virusul febrei aftoase, virusul turbării, virusul hepatitei epidemice, virusul poliomielitei, vibrionul holeric,

În cursul proceselor tehnologice de prelucrare a laptelui au loc pierderi importante de substanță uscată în apele evacuate. Datorită compoziției lor: proteine, lipide, lactoză, apele reziduale nu pot fi deversate la rețeaua de canalizare înainte să se realizeze purificarea lor, deoarece simpla deversare ar contribui la poluarea mediului înconjurător.

Apele reziduale rezultate din fabricile de prelucrare a laptelui sunt formate din ape reziduale industriale, poluate, ape reziduale menajere, ape reziduale convențional curate, nepoluante. În fabricile de produse lactate acide, apele reziduale industriale se compun numai din ape de spălare și de curățire rezultate de la recepția laptelui sau de la umplerea recipientelor, curățarea camioanelor-cisternă, a pasteurizatoarelor și a vaporizatoarelor, etc. Aceste ape conțin urme de lapte și uneori de substanțe chimice utilizate pentru curățire și dezinfecție. Volumul apelor reziduale industriale produse într-o fabrică de prelucrare a laptelui este în funcție de tipul de produs lactat ce urmează a fi prelucrat, de capacitatea de prelucrare, de gradul de reutilizare a apei, etc. De exemplu fabricile de brânzeturi, lapte praf și lapte concentrat produc volume mai mari de ape reziduale decât la pasteurizarea laptelui.(9)

Tabelul nr. 9

Compoziția medie a apelor reziduale rezultate de la o unitate de prelucrare a laptelui

Tabelul nr. 10

Indicatorii medii ai poluării pe categorii de unități de industrializare a laptelui

Apele reziduale provenite din abatoare și din unitățile de prelucrare a cărnii și a peștelui

De la unitățile de prelucrare a cărnii și a peștelui precum și din abatoare, apele reziduale provin de la sacrificarea animalelor, spălarea tubului digestiv, prelucrarea cărnii, grăsimilor și pieilor. Acestea prezintă un conținut foarte ridicat de materii organice, cantități mari de azot și fosfor și o temperatură în general de 30-40șC. Deversarea la această temperatură favorizează instalarea unui proces de descompunere, aerob, foarte rapid, care consumă oxigenul. De asemenea, trebuie menționată posibilitatea transmiterii prin aceste ape a unor germeni patogeni (Salmonella, Mycobacterium tuberculosis,, Bacillus anthracis, Brucella, Clostridium botulinum, Listeria, Leptopspira, Escherichia coli, Proteus, Bacillus subtilis, Bacillus mezentericus, Bacillus cereus, Yersinia enterocolitica, stafilococi enterotoxici, streptococi, helminți: Trichinella spiralis, Taenia solium, Taenia saginata, Diphilobotrium latum, etc).(4)

Apele reziduale provenite de la prelucrarea peștelui conțin cantități mari de solzi, materii organice ușor degradabile, cât și cantități mari de cloruri și acid acetic, rezultate de la conservare. Prin deversare, acestea produc efecte asemănătoare celor produse de apele reziduale din industria cărnii. Un rol important al apelor reziduale provenite din abatoare și unitățile de prelucrare a cărnii și peștelui îl constituie grăsimile, a căror deversare în apele receptoare trebuie împiedicată.

Volumul apelor reziduale, raportat la numărul de animale sacrificate, variază în limite foarte largi și depinde de capacitatea abatorului și de specia animalelor sacrificate (4).

Tabelul nr. 11

Caracteristicile apelor reziduale provenite din abatoare și din unitățile de prelucrare a cărnii

3.4.2. Reziduurile solide

Pericolul reprezentat de reziduurile solide este deosebit de mare și constă în conținutul lor bogat în germeni patogeni. În reziduurile alimentare solide, germenii găsesc suportul nutritiv și ca atare pot supraviețui timp mai îndelungat. Astfel streptococii și stafilococii pot persista în reziduuri până la 100-150 de zile, bacilul tific în jur de 2-3 luni, bacilul difteric 20-30 de zile, bacilii dizenterici 15-20 de zile iar bacilul Koch chiar 250-300 de zile. O serie de virusuri (enterovirusuri, reovirusuri, adenovirusuri) pot rezista între 10-120 zile. Chiar și virusul febrei aftoase, considerat puțin rezistent, poate trăi în reziduuri 2-3 zile. O deosebită rezistență o au germenii anaerobi care pot supraviețui mulți ani.(8)

3.5. Microbiologia apelor uzate decantate și a nămolurilor de decantare din toate sectoarele

În apele uzate se întâlnesc diferite microorganisme cum sunt virușii, phagii, bacterii, ciuperci, alge, protozoare, viermi, etc.

Analizele bacteriologice se realizează de obicei în paralel cu cele chimice și au drept scop să determine concentrația diferitelor tipuri de bacterii în apă, în baza acestora putându-se aprecia gradul de impurificare a apei și pericolul de infectare. Absența bacteriilor dintr-o apă poate indica prezența unor substanțe toxice.

Apele uzate decantate provin din toate sectoarele de colectare și prelucrare primară a apelor fecaloid menajere, industriale, zootehnice, din industria alimentară și din gospodăria comunală. Nămolurile de decantare provin din epurarea apelor uzate prin decantare-sedimentare, centrifugare, infiltrare în sol, filtrare prin diferite procedee.(14)

Apele reziduale neepurate pot conține salmonele, coliforme, colibacili, pasteurele, clostridii, leptospire, rickettsii, bacterii din genurile Shigella, Vibrio, Campylobacter, Yersinia, Legionella, Mycobacterium tuberculosis (bacilul tuberculozei), Bacillus anthracis (antraxul), drojdii patogene: Candida albicans, Histoplasma capsulatum, virusuri, protozoare patogene, ouă, larve de helminți, paraziți.(1;6;7)

Cercetările efectuate pe probe de ape uzate decantate primar, provenite din apele fecaloid menajere, industriale, gospodărești și mai ales din fermele zootehnice, demonstrează că treapta mecanică de epurare prin sedimentare-decantare simplă nu rezolvă deloc încărcătura microbiană reprezentată de bacterii coliforme și bacterii sporulate. Într-un număr foarte mare de probe examinate microbiologic, pe lângă agenții microbieni saprofiți, cu rol important în modificările biochimice ale substratului organic s-au depistat virusuri patogene pentru om și animale (virusul hepatitei), bacterii patogene (Escherichia coli, Clostridium perfringens, Salmonella, Leptospira, Clostridium tetani) și paraziți intestinali.

În ceea ce privește microbiologia nămolurilor de decantare, încărcătura cu germeni a nămolului proaspăt este foarte mare, dominând germenii saprofiți din genurile: Streptococcus, Flavobacterium, Bacillus, Mycrococcus, Escherichia, Pseudomonas, Achromobacter, actinomicete etc. De asemenea, nămolurile decantate, proaspete, conțin germeni patogeni și ouă de paraziți.(18)

Epurarea biologică a apelor uzate

Procesele biologice de epurare se întâlnesc la descompunerea materiilor organice din apele uzate. Procesele biologice pot fi procese aerobe și procese anaerobe.

Bacteriile aerobe se găsesc în bazinele cu nămol activ sub formă de flocoane, în filtrele biologice ele constituie membrana biologică care acoperă elementele constitutive ale stratului filtrant. Pentru a trăi, bacteriile consumă substanța organică din apa uzată, prin absorbție, eliminând-o continuu sub formă lichidă sau gazoasă, prin celule. În cadrul proceselor aerobe, sub acțiunea bacteriilor de nitrificare se produce oxidarea compușilor azotului (în special a amoniacului), rezultând astfel nitriți (N2O3) și nitrați (N3O5).

Bacteriile anaerobe produc mineralizarea nămolului din rezervoarele de fermentare a nămolului, din decantoarele cu etaj, fose septice. Dacă nu se intervine asupra operației de fermentare a nămolului, acesta are la început un caracter acid (fermentare acidă), și numai după un anumit timp, circa 6 luni, devine alcalină (fermentare metanică). În cadrul proceselor anaerobe, oxigenul legat de azotul din nitriți sau nitrați este dezintegrat cu ajutorul bacteriilor de denitrificare (bacterii anaerobe), oxigenul eliberat fiind folosit pentru oxidarea materiilor organice. Acest proces se numește denitrificare.

Tratamentele biologice care se aplică apelor uzate, bogate în substanțe organice se bazează pe microorganismele care se dezvoltă în mod natural în aceste tipuri de ape și pe culturi de microorganisme realizate în laborator și “inoculate” în apele uzate, unde prin mecanisme fiziologice contribuie la degradarea substanțelor organice poluatoare. Tratamentele biologice pot fi aerobe sau anaerobe, libere sau fixe.(14)

Tratamentele pe pat bacterian sunt mai vechi implicând un suport (pietre, granule de plastic etc.) pe care se formează o peliculă de bacterii din genurile Microthrix, Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Bocardia, Lecicothrix, Geotricum, consumatoare de substanțe organice dizolvate în apa uzată dispersată pe substrat.

Denitrificarea se referă la transformarea azotaților în azotiți și apoi în azot molecular, cu ajutorul bacteriilor din genurile Pseudomonas, Micrococcus, Achromobacter, Bacillus, etc. Prin denitrificare se asigură reținerea a 80-98% din azotații apelor reziduale.

Defosfatarea biologică se bazează pe capacitatea unor bacterii de a stoca compuși cu fosfor, polifosfați și glicogen, în condiții anaerobe, în lipsa oxigenului și a nitraților, în condiții anoxice, în lipsa oxigenului dar în prezența nitraților și în condiții de aerobioză, în prezența oxigenului, cu sau fără nitrați.

Într-un nămol activ defosfatant pot să existe microorganisme heterotrofe, care folosesc ca sursă carbonul organic și bacterii autotrofe care folosesc carbonul anorganic (bacterii nitrificatoare). Acumularea polifosfaților are loc în special în biomasa bacteriilor din genurile Acinetobacter și Pseudomonas.(18)

3.6. Caracteristici microbiologice ale deșeurilor periculoase, cu potențial patogen, provenite din unitățile medicale sau veterinare

Conform Catalogului European al Deșeurilor, deșeurile medicale sunt următoarele:

deșeurile rezultate din activitățile medicale sunt reprezentate de deșeurile periculoase sau nepericuloase care rezultă din unitățile medicale;

deșeurile periculoase sunt deșeurile rezultate din activități medicale care prezintă un risc real pentru sănătatea umană și pentru mediu și sunt generate în cursul activităților de diagnostic, tratament, supraveghere, prevenția bolilor și recuperare medicală, inclusiv cercetarea medicală și producerea, testarea, depozitarea și distribuția medicamentelor și a produselor biologice;

deșeurile anatomo-patologice și părți anatomice sunt deșeurile care includ țesuturile și organele, părțile anatomice rezultate din operațiunile chirurgicale, din autopsii și din alte proceduri medicale. În această categorie sunt incluse și animalele de laborator utilizate în activitatea de diagnostic, cercetare, experimentare;

deșeurile infecțioase sunt deșeurile lichide și solide care conțin sau sunt contaminate cu sânge sau alte fluide biologice, precum și materialele care conțin sau care au venit în contact cu virusuri, bacterii, paraziți și/sau toxinele microorganismelor;

deșeurile chimice și farmaceutice sunt reprezentate de substanțele chimice solide, lichide sau gazoase, care pot fi toxice, corozive sau inflamabile, medicamentele expirate și reziduurile de substanțe chimioterapice, care pot fi citotoxice, genotoxice, mutagene, teratogene sau carcinogene;

deșeurile înțepătoare-tăietoare sunt deșeurile care pot produce leziuni mecanice prin înțepare sau tăiere;

deșeurile asimilabile cu cele menajere sunt deșeurile nepericuloase a căror compoziție este asemănătoare cu cea a deșeurilor menajere municipale și care nu prezintă risc major pentru sănătatea umană și mediu.

În țara noastră principalele surse de producere a deșeurilor medicale sunt reprezentate de spitale, clinici universitare, institute de cercetare medicală, institute de medicină legală și servicii județene de medicină legală, unități de producție, depozitare și păstrare a medicamentelor și produselor biologice, dispensare medicale, centre de transfuzie, centre de recoltare și conservare a sângelui, laboratoare, spitale veterinare, farmacii, sanatorii, spitale de recuperare, baze de tratament balnear din stațiuni, unități farmaceutice, centre de optică medicală, centre de acupunctură, etc.(58)

3.6.1. Procedee de neutralizare a deșeurilor medicale

Metodele de tratare și eliminare a deșeurilor inclusiv cele rezultate din activități medicale sunt în general aceleași în marea majoritate a țărilor membre U.E., alegerea soluției optime realizându-se în funcție de legislația existentă, tehnologia disponibilă, relația costuri-beneficii. Astfel deșeurile periculoase pot fi depozitate, reciclate însă nu înainte de a fi supuse procesului de neutralizare a potențialului toxic, poluant al acestora.

Neutralizarea reprezintă ansamblul tratamentelor aplicate deșeurilor periculoase rezultate din activități medicale care vizează eliminarea pericolelor și riscurilor potențiale asupra mediului și sănătății.

Unitățile medicale trebuie să se asigure că deșeurile periculoase pe care le produc vor fi neutralizate corespunzător, prin procedee autorizate. Metodele de neutralizare trebuie să vizeze distrugerea rapidă, completă, a factorilor cu potențial nociv pentru mediu și pentru sănătatea populației.

Tratamentul deșeurilor periculoase constă în sterilizare, dezinfecție, urmate de depozitare sanitară pe rampa municipală, depozitare controlată sanitar pe rampa specială de deșeuri, incinerarea.

Sterilizarea este procedeul prin care se distrug toate microorganismele saprofite sau patogene, în stare vegetativă sau sub formă de spori. Principalii agenți fizici utilizați sunt: căldura, filtrarea, centrifugarea, radiațiile ultraviolete și ultrasunetele.

Dezinfecția este un procedeu de distrugere a microorganismelor patogene, fără a fi însă necesară distrugerea germenilor saprofiți. Metodele utilizate pentru dezinfecție pot fi metode fizice (microundele și radiațiile ionizante tip gamma) iar metodele chimice cele mai utilizate sunt cele pe bază de clor activ.

Procedeul cu microunde constă în fluidizarea deșeurilor menajere, urmată de tratarea cu microunde pentru distrugerea tuturor germenilor, astfel încât produsele rezultate să poată fi valorificate. Tratarea cu microunde se realizează în incinte tip etuvă sau în flux continuu, cu scopul distrugerii germenilor conținuți de deșeuri. După operația de tratare cu microunde, deșeurile nu mai prezintă nici un risc din punct de vedere microbiologic, putând fi apoi depozitate în locuri special amenajate.(57)

Sterilizarea cu microunde

Se realizează cu ajutorul unor instalații care au în componență următoarele elemente constructive: sistemul generator de microunde (magnetronul)-transformă energia rețelei de la 50 Hz la 2450 Hz, sistemul de transport al microundelor către deșeuri, reprezentat de un tub metalic care realizează legătura între generatorul de microunde și sistemul de procesare termică permițând propagarea energiei microundelor și sistemul de procesare termică cu microunde care este confecționat din pereți metalici între care se realizează sterilizarea deșeurilor (poate fi sub formă de etuvă sau de banda transportoare).

Energia microundelor este considerată soluția cea mai eficientă în procesele de sterilizare în scopul distrugerii complete a culturilor microbiene din materialele utilizate în intervențiile chirurgicale (pansamente, vată, etc.), halate, bonete, mănuși, de pe sticlăria de laborator, recipiente de sticlă, instrumentar medical, precum și de pe alte deșeuri rezultate din activitățile medicale.

Spre deosebire de incinerare, sterilizarea cu microunde este nepoluantă, oferă avantajele unui consum energetic scăzut, a unui timp de procesare scăzut și prezintă o eficiență foarte ridicată în distrugerea microorganismelor. Procedeul este ușor de aplicat, sterilizarea are loc și în profunzime iar deșeurile tratate pot fi depozitate la gropile de gunoi orășenești fără a constitui un pericol de infestări și îmbolnăviri ulterioare.

Imaginea nr. 1. Stație de neutralizare termică a deșeurilor (bio-hazard)

Stațiile de neutralizare termică a deșeurilor sunt proiectate si realizate în conformitate cu legile internaționale de management al deșeurilor. Sunt destinate unei game largi de aplicații pentru spitale, laboratoare și alte unități sanitare. Echipamentele realizează decontaminarea deșeurilor prin distrugerea agenților patogeni (sub forma vegetativă sau de spori). Reziduurile rămase la sfârșitul ciclului de funcționare, substanțial reduse ca volum, sunt sterile, de nerecunoscut și pot fi evacuate ca deșeuri menajere municipale. Funcționează până la o temperatură de lucru de 1370C.(46)

Imaginea nr. 2. Incinerator ecologic automat

Imaginea nr. 3. Incinerator ecologic automat

Incineratoarele sunt complet ecologice și răspund celor mai severe normative ale UE și naționale privind mediul înconjurător. Operarea se face pe principiul incinerării în dublă fază: reziduurile sunt întâi arse în camera de combustie principală într-o atmosferă săracă în oxigen iar gazele rezultate sunt arse ulterior în camera de postcombustie la o temperatura între 850…11000C. Aparatele sunt destinate distrugerii deșeurilor biologice infecțioase sau non-infecțioase precum și a altor deșeuri de laborator și menajere, inclusiv lichide. Incineratoarele sunt produse într-o gamă largă de capacități între 5 și 300 kg/h, și au funcționare automată.

CAPITOLUL 4

FACTORII DE RISC GENERAȚI DE AGENȚII PATOGENI VEHICULAȚI DE DEȘEURI

Atunci când apariția unor agenți biologici este o consecință neintenționată a procesului de muncă, așa cum se întâmplă în cazul sortării deșeurilor sau al activităților agricole, evaluarea riscurilor la care sunt expuși lucrătorii devine mai dificilă. Cu toate acestea, pentru unele din activitățile implicate sunt disponibile informații privind atât expunerea, cât și măsurile de protecție.

Pașii necesari pentru a elimina sau diminua riscurile la care sunt expuși lucrătorii depind de pericolul biologic specific însă există un număr de acțiuni comune aplicabile în toate cazurile:

mulți agenți biologici se transmit prin aer, cum sunt bacteriile din aerul expirat sau toxinele din grâul mucegăit;

buna gospodărire, procedurile de lucru igienice și utilizarea unor semnale de avertizare relevante reprezintă elemente cheie pentru realizarea condițiilor privind securitatea și sănătatea în muncă;

multe microorganisme și-au dezvoltat mecanisme care le permit să supraviețuiască și să reziste în condiții de temperatură ridicată, deshidratare sau radiație, prin producerea de spori.

Cerințele referitoare la mediu și noile tehnologii de gestionare a deșeurilor au mărit riscurile pentru lucrătorii implicați în lucrări de canalizare, de colectare, sortare și eliminare finală a deșeurilor. În instalațiile de reciclare pentru hârtie, sticlă, materiale sintetice și de ambalaj, ca și în instalațiile de producere compost, mucegaiurile pot provoca alergii și tulburări respiratorii, în special aspergiloză pulmonară. În instalațiile de canalizare, bacteriile pot provoca diaree și salmoneloză.

Tabelul nr. 12

Principalele ocupații ce prezintă pericolul contaminării cu agenți patogeni și măsurile de prevenire

Manipularea deșeurilor din spitale și înțepăturile cu ace de seringă contaminate pot duce la infecția cu virusuri cum este de exemplu cel al hepatitei.

Din aceste motive mai multe state membre ale U.E. au dezvoltat planuri de acțiuni preventive, incluzând prevenirea sortării manuale prin adoptarea unor măsuri cum sunt sortarea mecanică, cabinetele de sortare prevăzute cu ventilație adecvată, instalații de ventilare locală prin exhaustare pentru liniile de sortare, vehiculele închise echipate cu filtre de aer, precum și utilizarea echipamentului de protecție adecvat, inclusiv a mănușilor corespunzătoare. La reducerea în măsură considerabilă a expunerii lucrătorilor au contribuit și programele privind igiena, măsurile de curățenie și decontaminare periodică.

Interdependența dintre protecția sănătății populației și protecția mediului este de mult timp recunoscută, drept pentru care managementul deșeurilor a apărut ca fiind extrem de necesar pentru asigurarea unui climat de viață sănătos. Prin introducerea sistemelor de valorificare și tratare a deșeurilor au crescut posibilitățile de contaminare a angajaților din sistemul de salubritate. Deșeurile și reziduurile sunt astăzi materiale de lucru din care trebuie să fie extrase substanțele valorificabile, astfel încât, pe lângă igiena mediului, apare acum și igiena muncii.(58)

Prezența microorganismelor în materialele organice este în principiu un fenomen natural: deșeurile umede sunt purtătoarele unui număr mare de germeni patogeni diferiți.

Concentrația totală de germeni în deșeurile menajere și umede este de cca. 108 până la 109 unități colonizatoare pe gram (UC/g).

Sporii de bacterii și ciuperci se găsesc în deșeu în concentrație deosebit de mare în: resturi de mâncare, care fermentează mai multe zile în pubelă și prezintă mucegai; batiste de hârtie folosite, șervete de unică folosință, prosoape; scutece și articole de igienă; resturi de alimente lipite de ambalaj; material rezultat din măturare și praf din gospodării; excremente de câine și pisică, nisip pentru pisică.

Condițiile favorabile (umiditate, căldură) conduc la înmulțirea rapidă a germenilor în pubelele pentru gunoi menajer și biologice. Miceliile ciupercilor de mucegai, dar și viermii și larvele sunt identificabile după puține zile în deșeu. Conform unei analize a lui Streib, ciupercile de mucegai și drojdiile ating concentrațiile: în gunoiul menajer și biologic neseparat, după 7 zile de depozitare, de 108 UFC/g și în gunoiul umed, după 7 −14 zile de depozitare, de 108 UFC/g.

Analizele ulterioare au pus în evidență o creștere a numărului germenilor până la 109 UFC/g în lunile de vară.

La creșterea părții organice (umede) din deșeul menajer se mărește rapid numărul germenilor, în special în anotimpul călduros.

Evaluarea analizelor concentrațiilor de germeni, îndeosebi la prelungirea perioadei de staționare de la 7 la 14 zile, a furnizat următoarele rezultate: la creșterea perioadei de staționare la 14 zile numărul germenilor se mărește, în gunoiul menajer, în orice anotimp; la gunoiul menajer, numai în anotimpul călduros, o creștere la 14 zile a perioadei de staționare duce la o accentuare evidentă și problematică a numărului germenilor.

Prin extragerea materialelor valorificabile din deșeu (hârtie, sticlă, ambalaje) rămâne mai puțin gunoi rezidual. Astfel, perioadele de staționare, la un nivel constant al volumului de recipient, pot fi mărite. La o prelungire a perioadei de staționare de la 14 la 21 de zile, s-a constatat o continuare a creșterii numărului de germeni.

Extragerea materialelor valorificabile uscate, combinată cu o perioadă de staționare prelungită de la una la două săptămâni, a determinat, în unele cazuri, însă nu întotdeauna, o diferență semnificativă în ceea ce privește concentrațiile tipurilor de germeni examinați din fiecare fel de deșeu. Prelungirea de la una la trei săptămâni a perioadei de staționare trebuie, în schimb, tratată mai atent, sub aspectul încărcării deșeului cu germeni, raportat la tipurile de germeni examinate.

Factorii de risc pentru sănătatea angajaților din sistemul de salubrizare

Directiva CE: Protecția angajaților la lucrul cu materiale biologice periculoase, (90/679/CEE) furnizează o clasificare a microorganismelor după gradul lor de risc patogen (= proprietatea de a îmbolnăvi). Bacteriile, virușii, ciupercile și paraziții, denumite materiale de lucru, sunt distribuite în patru grupe de risc. Grupei 2 îi aparțin materialele biologice de lucru care pot induce îmbolnăviri ale oamenilor și reprezintă deci un pericol pentru angajați a căror răspândire către populație este posibilă și pentru care este necesară profilaxia sau tratarea.(58)

Din grupa 2 fac parte, printre altele, următoarele bacterii, ciuperci și viruși: Clostridium tetani (tetanos); Vibro cholerae (holeră); Salmonella enteritidis (gastroenterită); Aspergillus fumigatus (aspergiloză); Trichophyton spp. (micoză a pielii); HAV (Hepatită A); Rinoviruși (rinită).

Germenii patogeni sunt cei care pot induce îmbolnăvirea la om în orice condiții. Germenii facultativ patogeni sunt cei care îmbolnăvesc ocazional. Se pot menține ani întregi pe piele sau mucoase și produc îmbolnăviri odată cu slăbirea organismului purtătorului sau cu alte schimbări de mediu de viață. În diferitele locuri de desfășurare a activităților de gospodărire a deșeurilor, unde se lucrează cu material conținând germeni, avem de-a face în principal cu un contact permanent, respectiv cu o concentrație mare de microorganisme facultativ patogene, deci îndeosebi cu reprezentanți ai Grupei 2 din Directiva CE. Un prim indiciu despre eventuala relevanță asupra sănătății ar putea fi dată (metoda screening) de următorii parametrii cumulativi :

● totalitatea germenilor;

● totalitatea bacteriilor;

● bacterii bastonaș;

● ciuperci de mucegai;

● actinomicete termofile.

Pentru estimarea relevanței asupra sănătății este însă necesară cunoașterea distribuției germenilor.

4.1. Modalități de contaminare cu agenți patogeni vehiculați de deșeuri

Calea aerului este cel mai important mijloc de transport al microorganismelor patogene (de ex. pentru TBC, legioneloză, gripă, aspergiloză). Alte căi de expunere sunt:

● pielea sau mucoasa intactă sau rănită (de ex. la tetanos);

● tubul digestiv (de ex. la salmoneloză, holeră);

● muscături și înțepături (de ex. la turbare, hepatita B).

Modurile de contaminare menționate sunt, fără excepție, de importanță pentru locurile de desfășurare a activităților de gospodărire a deșeurilor. Mănușile, costumele și încălțămintea de protecție evită contaminarea, prin contactul agenților patogeni cu pielea.

Înțepăturile cu ace de seringă sau alte obiecte ascuțite din sacii cu materiale valorificabile sunt un exemplu tipic de accidentări cu risc infecțios. Aducerea de mâncare în zona de lucru și lipsa igienei (mâini murdare etc.) pot duce la contaminarea pe cale bucală cu microorganisme.

Cea mai mare problemă este reprezentată însă de contaminarea cu microorganisme prin inhalare. Ele pot ajunge astfel până la capătul bronhiilor sau chiar în alveolele plămânilor.

Îmbolnăvirile oamenilor, provocate de microorganismele care au pătruns în corp, se împart în trei grupe:

● infecții;

● intoxicații (otrăviri);

● alergii.

Practic în toate domeniile în care se lucrează cu gunoi menajer, gunoi rezidual, deșeuri biologice sau din ambalaje se formează microorganisme. Zonele deosebit de contaminate sunt punctele de livrare și descărcare, stațiile de sortare, de pregătire (mărunțire, amestecare), de prelucrare (răsturnare, împingere), pentru compost sau deșeu rezidual. La colectarea, transportarea și descărcarea deșeurilor, germenii nu rămân numai în deșeu, ci ajung și în aerul din recipientele de colectare sau din buncărele de gunoi de la stațiile de descărcare.

La măsurătorile germenilor patogeni din aerul de la deponie, atât în sectoarele aflate pe directia vântului, cât și în celelalte, s-au determinat de mai multe ori cca. 10.000 UFC/m³ de aer. Numărul de germeni s-a mărit foarte puțin prin răstunarea deșeurilor nou aduse.

După analize din diferite domenii de lucru de la instalațiile de sortare a materialelor valorificabile, s-au obținut concentrații de germeni în aer de mai mult de 10.000 UFC/m³.(5)

Măsurătorile de la o stație de sortare daneză (1986) au arătat în aerul din zonele de primire și sortare un număr total de germeni de peste 20.000 UFC/m³ – peste 6.000 UFC/m³ de bacterii bastonaș și cca. 10.000 UFC/m³ de ciuperci de mucegai.

La analizele din diferite stații de compostare din Danemarca, cea mai mare concentrație de ciuperci de mucegai a fost de 250.000 UFC/m³ într-o stație de compostare a deșeurilor provenite din parcuri și grădini, a resturilor animale și a celor din industrie.

Deșeurile produse în spitale provin din toate sectoarele specifice activității medicale: în administrație, la internarea pacienților, la aprovizionarea cu alimente, la punctele de tratare medicală, dar și în cursul întreținerii clădirilor și echipamentelor. De aceea, indicațiile privind tipul de îndepărtare a deșeurilor (stabilirea modalității de evacuare) se orientează după necesitatea igienei și protecției sănătății, ținându-se cont de domeniul de proveniență din cadrul spitalului.

Cobaii, ca și nisipul și excrementele din laboratoarele în care se efectuează experimente cu animale, unde există riscul răspândirii unor agenți patogeni, sunt de obicei incinerate sau după dezinfectare (sterilizare), îndepărtate la deponii împreună cu deșeul menajer.(5)

CAPITOLUL 5

PRINCIPALELE SURSE ȘI TIPURI DE DEȘEURI ORGANICE BIODEGRADABILE

Deșeurile municipale biodegradabile reprezintă partea organică din deșeurile municipale și conform Raportului Agenției Europene de Mediu, fracția biodegradabilă este reprezentată de:

● deșeuri alimentare și de grădină;

● deșeuri de hârtie și carton;

● textile;

● lemn;

● alte deșeuri biodegradabile conținute în deșeurile colectate.

Aproape trei sferturi din gunoiul zilnic este format din deșeuri organice.

Biodegradarea este procesul prin care substanțele organice sunt descompuse cu ajutorul enzimelor produse de organismele vii. Termenul este adesea relaționat cu ecologia, managementul deșeurilor și bioremedierea.

Materia organică poate fi descompusă în prezența sau în absența oxigenului (descompunere anaerobă).

Biomineralizarea este procesul prin care materia organică este transformată în minerale. Biosurfactantul, o substanță extracelulară secretată de către microorganisme, accelerează procesul de biodegradare.
Biodegradabile sunt de obicei materiile organice, ca de exemplu materiile de proveniență animală și alte substanțe provenite de la organisme vii, sau materii artificiale care sunt suficient de similare celor de la plante și animale pentru a fi prelucrate de către microoorganisme.(15)
Timpul de biodegradare al diferitelor deșeuri organice:

● coji de banane, 2-10 zile;

● coji de portocale, 1 lună;

● articole din bumbac, 1-5 luni;

● hârtie, 2-5 luni;

● sfoară, 3-14 luni;

● șosete de lână, 1-5 ani;

● tetrapak, 5 ani;

● pungi de plastic, 10-20 ani;

● scutece, 10-20 ani;

● pantofi de piele, 25-40 ani;

● nylon, 30-40 ani;

● cutii de conserve, 50-100 ani;

● cutii de aluminiu, 200-500 ani;

● sticle de plastic, 70-450 ani;

● pungi din plastic biodegradabil, 75 zile.

Responsabilitatea pentru gestionarea deșeurilor municipale aparține administrațiilor publice locale. Până în prezent s-au implementat diverse proiecte de colectare a deșeurilor menajere. În anul 2006 în toate localitățile urbane cât și în unele localități rurale s-a practicat colectarea în amestec a deșeurilor menajere și asimilabile, atât de la populație cât și de la operatori economici. Colectarea selectivă s-a introdus doar la nivel de proiecte pilot în câteva localități. Deșeurile biodegradabile au ponderea cea mai mare din deșeurile municipale. Deoarece depozitarea deșeurilor biodegradabile produce emisii de metan, gaz cu efect de seră și contribuie la încălzirea globală este necesară reducerea cantității de deșeuri biodegradabile depozitate.

În același timp, reciclarea și valorificarea energetică a deșeurilor conservă materialele virgine (resursele) și reduce utilizarea combustibililor fosili, micșorând emisiile gazelor cu efect de seră.

Prin reducerea cantității de deșeuri depozitate și prin creșterea cantităților de deșeuri reciclate, compostate sau valorificate energetic, se reduc considerabil și emisiile de gaze cu efect de seră din deșeuri. Deșeurile urbane vor fi sortate la locul de producere în componente reciclabile și nereciclabile. Serviciul de salubritate și agentul economic care se ocupă de gestionarea deșeurilor va folosi sisteme adecvate de colectare a materialelor reciclabile și va asigura dirijarea lor spre procesul de reciclare. În acest scop va asigura recipiente separate, marcate, pentru colectarea separată de la sursă (sticlă, material plastic, hârtie, deșeuri predominant organice, biodegradabile).(15)

5.1. Procesele microbiologice și chimice desfășurate în cadrul depozitelor de deșeuri menajere solide

Fiind eliminate prin depozitare deșeurile sunt supuse biodegradării, volatilizării și unor reacții chimice în urma cărora rezultă biogazul. Deșeurile organice se descompun sub acțiunea bacteriilor, generând biogazul. Concomitent, mai mulți componenți chimici din fluxul deșeurilor în stare solidă sau lichidă se transformă în compuși gazoși și se emană din corpul depozitului sub formă de „urme de gaze”. Deșeurile industriale depozitate împreună cu cele menajere sunt surse de formare a „urmelor de gaze”, în baza reacțiilor chimice. Compoziția chimică tipică a biogazului constă din circa 60% CH4 și 40% CO2. De asemenea biogazul mai conține un număr de circa 550 de „urme de gaze”, care constituie aproximativ 1%.

Procesul de descompunere biologică a deșeurilor menajere solide în corpul depozitului depinde de capacitatea microorganismelor de a utiliza materia organică în calitate de nutrienți pentru a se dezvolta. Microorganismele sunt invizibile cu ochiul liber și includ bacterii, drojdii și ciuperci. Bacteriile și ciupercile întrețin procesul de descompunere, bacteriile fiind compuse doar dintr-o celulă, pe când ciupercile sunt compuse din mai multe celule formând lanț. În tabelul nr.12 sunt specificate condițiile de supraviețuire a microoganismelor.

Microoganismele pot supraviețui în toate condițiile de mediu, de la frig la cald, iar condiția de bază este prezența apei pentru a crește. Unele bacterii nu necesită pentru a se dezvolta, oxigen, iar pentru alte bacterii prezența oxigenului este inadmisibilă, deoarece acestea vor pieri. Aceste bacterii sunt denumite anaerobe, printre care se enumeră și bacteriile metanogene. Bacteriile au o creștere mai rapidă decât ciupercile și domină practic toate mediile naturale.(17)

Tabel nr. 13

Condițiile de mediu pentru supraviețuirea microorganismelor

Deșeurile organice eliminate la depozitele de deșeuri menajere solide (DMS) nu sînt omogene, fiind prezente atît ca materiale ușor degradabile cum sunt resturile alimentare, deșeurile de grădină, hârtie și carton, cît și ca deșeuri a căror descompunere este dificilă.

Degradarea deșeurilor este un proces complex de reacții chimice și biologice, în urma căruia se generează biogazul cu compoziția de bază: CH4 și CO2. Procesul de descompunere și eliminare a biogazului continuă pe parcursul a 10 – 30 ani, 50 % din deșeurile organice degradabile se descompun pe parcursul a 10 ani, 12,5 % din rest se descompun pe parcursul a 30 de ani. Dintr-o tonă de DMS se emite circa 120-200 m3 de CH4. Procesul de descompunere a deșeurilor cu formarea biogazului este bine descris de Barlaz et al., 1990 și Pohland and Harper, 1986.

Formarea biogazului este condiționată de o serie de factori:

● volumul (grosimea, densitatea și numărul straturilor de DMS în depozit) și tipul deșeurilor depozitate (cota fracțiilor biodegradabile), care servesc drept nutrienți (S, P, Na, Ca, etc.) pentru dezvoltarea bacteriilor;

● conținutul umidității în corpul depozitului: umiditatea inițială a DMS, infiltrarea apelor meteorice de pe suprafața depozitului, cantitatea de apă produsă în procesul de degradare a deșeurilor. Conținutul optimal al umidității necesar pentru dezvoltarea bacteriilor metanogene și generare a metanului variază între 40 și 60 % (după greutate);

● temperatura biogazului în corpul depozitului variază de la 25 la 45 0C, bacteriile metanogene se înmulțesc la 12-60 0C;

● pH-ul optimal este neutru (pH 6,5-8,5);

● condițiile climatice.

Descompunerea DMS decurge în 5 etape: etapa aerobă, ajustarea inițială, etapa de tranziție de la faza aerobă la cea anaerobă, etapa acidă, etapa de generare a metanului și etapa de maturație sau humificare.(46)

Fig. 4. Schema procesului de degradare a DMS

Ajustarea inițială

Prima etapă a procesului este hidroliza și degradarea aerobă a deșeurilor. Descompunerea aerobă este susținută de oxigenul prezent printre deșeuri în depozit, dar și cel transportat în corpul depozitului prin difuzia aerului sau a apelor meteorice. Cel mai repede se descompune zaharoza, amidonul, celuloza și grăsimile solubile în apă, care servesc drept surse de energie și C pentru activitatea microorganismelor aerobe. Rezultatul metabolismului microorganismelor este producerea CO2 și H2O, cu degajare de căldură, temperatura procesului de degradare fiind de 60-700C, conform reacției chimice:

CH2O + O2 → CO2 ↑ + H2O

Principalii compuși organici ai DMS sunt: carbohidrații, proteinele, aminoacizii, hidrocarburile și componenții biologici rezistenți. Amidonul polizaharat, celuloza și hemiceluloza se descompun prin hidroliză în monozaharoze:

C6H10O5 + nH2O → C6H12O6

Durata acestei etape este relativ mică și decurge pînă la 7-14 zile.

Etapa de tranziție

Oxigenul disponibil este deja epuizat și începe să prevaleze condițiile anaerobe, potențialul redox este în descreștere. În caz că oxigenul mai persistă, procesul de descompunere aerobă va continua pînă la degradarea completă a deșeurilor biodegradabile. În condiții anaerobe începe procesul de descompunere anaerobă, devin activi nitrații și sulfații, în final se formează azotul și H2S.

Etapa acidă

În această etapă devin active bacteriile acidorezistente. Activitatea acestora se desfășoară în trei etape. Inițial microorganismele, ce tolerează nivelul redus al oxigenului continuă procesul de hidroliză și fermentare cu producerea acizilor organici, CO2, H2 și săruri azotice. Procesul de hidroliză este conversia componenților macromoleculari în substanțe chimice utilizate în calitate de sursă de energie de către microorganisme pentru diviziune celulară. La etapa de acidogeneză, produșii hidrolizei sunt transformați în acid acetic, fulvic și alți acizi organici complecși, iar valoarea pH variază între 5,7 – 6,2. În etapa finală microorganismele produc substanțe chimice simple, CO2 și urme de H2, procentul de CO2 fiind cel mai mare (circa 80%) pe tot parcursul procesului de descompunere a deșeurilor. Durata etapei acide este de circa 2 luni.

Etapa de fermentare a CH4

În final oxigenul este complet absent, micoorganismele anaerobe devin persistente, inclusiv cele metanogene. Metabolismul acestora produce CH4 și CO2 din acizii organici și hidrogenul produs în etapele precedente. Cantitățile de metan cele mai importante se produc în această etapă, concentrația CH4 atingînd valori de la 50 % pînă la 80%, iar temperatura procesului scade și se menține între 25-350C. Descompunerea anaerobă a DMS este redată prin ecuația:

n C6H6 O5 + nH2O → 3n CH4 ↑ + 3n CO2 ↑

Etapa de fermentare a CH4 este cea mai lungă, fiind activă pe parcursul a 10-20 de ani.

Etapa de maturație

Maturația se produce după ce deșeurile biologice disponibile sînt convertite în CH4 și CO2 în etapele precedente. Procesul de biodegradare este mai redus deoarece au fost deja consumați nutrienții disponibili. În caz că, condițiile de exploatare a depozitului permit migrarea CH4 în perimetre aerobe, acesta va fi oxidat în CO2 de către bacteriile metanotrofice. Etapa de maturație sau humificare durează câteva decenii, fiind în descreștere și concentrația de CH4 emisă.

De asemenea unele cercetări denotă și prezența hidrogenului, amoniacului (NH3), hidrogenului sulfurat (H2S) în cantități neînsemnate. Compoziția emisiilor de gaze depinde de tehnologia exploatării depozitului, factorii climatici, de caracterul descompunerii (aerobe sau anaerobe). Reprezentarea grafică a procesului de descompunere a deșeurilor biodegradabile conform etapelor menționate anterior, a fost elucidat în mai multe surse bibliografice, dinamica emisiilor fiind reprezentată neliniar în fig. 5.

Fig. 5. Reprezentarea grafică a procesului de descompunere

CAPITOLUL 6

NOȚIUNI PRIVIND FUNCȚIILE METABOLICE ALE MICROORGANISMELOR IMPLICATE ÎN BIODEGRADAREA DEȘEURILOR ORGANICE: FERMENTAȚIA, PUTREFACȚIA, SINTEZA

Microorganismele din sol pot fi clasificate în microorganisme descompunătoare și microorganisme de sinteză. Microorganismele descompunătoare produc acest proces de descompunere a substanțelor organice cu ajutorul proceselor oxidative și fermentative. Grupul microorganismelor fermentative este divizat în microorganisme care produc fermentația propriu-zisă și microorganisme care produc putrefacția.

Fermentația este un proces anaerob prin care diverse specii de microorganisme transformă molecule organice complexe (carbohidrați) în compuși organici simpli, compuși care cel mai adesea sunt absorbiți direct de către plante. Fermentația aerobă rezultă în urma oxidării complete a unui substrat și degajarea unei cantități mari de energie, gaze și căldură, formându-se ca produși finali CO2 și H2O.

Putrefacția este procesul prin care microorganismele facultativ heterotrofe descompun în condiții anaerobe proteinele, rezultând o serie de metaboliți (indolul, mercaptanii) care sunt toxici pentru plante și animale.

Microorganismele de sinteză se împart în microorganisme care au capacitatea fiziologică de a fixa N atmosferic (bacterii fixatoare de azot) și de a transforma prin fotosinteză aminoacizii și CO2 în molecule organice simple.(21)

Procesele de putrefacție, fermentație și sinteză se realizează simultan datorită prezenței variatelor specii de microorganisme. Producția de substanțe organice de către microorganisme rezultă ca urmare a acumulării de ioni prezenți în timp ce descompunerea are la bază eliberarea acestor ioni. Ionii de hidrogen au un rol foarte important în aceste procese. O problemă deosebită apare atunci când ionii de hidrogen nu se recombină cu oxigenul pentru a forma H2O ci sunt utilizați pentru a produce CH4, H2S, NH3, mercaptani și alte substanțe reducătoare de putrefacție, în marea majoritate toxice pentru plante și care produc mirosuri neplăcute. Dacă un sol este capabil să absoarbă excesul de ioni de H în timpul perioadei de anaerobioză și dacă microorganismele sintetizante cum sunt bacteriile fotosintetizante sunt prezente, acestea vor utiliza aceste substanțe de putrefacție și vor produce substanțe utile, menținând astfel fertilitatea solului.

Compușii cum sunt CH4, H2S, sunt produși atunci când materia organică este descompusă în condiții anaerobe. Acești compuși sunt toxici și pot inhiba sau frâna activitatea microorganismelor fixatoare de azot. Dacă microorganismele fixatoare de azot coexistă cu bacteriile fotosintetizante, acestea pot coopera în procesul de fixare al N atmosferic chiar și în condiții anaerobe.

Poluanții din mediul înconjurător sunt expuși unor variate posibilități de degradare. Procesele metabolice și degradarea biotică joacă un rol important în a decide soarta poluanților din mediu. Astfel microorganismele au un rol deosebit de important în metabolizarea poluanților din mediu.

În urma cercetărilor efectuate s-au stabilit principalele căi prin care are loc detoxifierea solurilor precum și rolul microflorei din sol în procesul de biodegradare a substanțelor poluante.

Prezența microorganismelor în sol poate influența distribuția, mobilitatea și concentrația poluanților având la bază un proces numit biodegradare. Anumiți poluanți persistă foarte puțin timp în mediu, în prezența unor condiții normale ale factorilor de mediu, deoarece aceștia servesc ca sursă de hrană și energie pentru microorganismele active.

Biodegradarea reprezintă procesul biologic de transformare a compușilor organici cu ajutorul activității microbiene. Biodegradarea completă sau mineralizarea implică oxidarea compușilor organici până la bioxid de carbon și apă și este un proces care furnizează C și energie necesare creșterii și multiplicării celulelor microbiene. Mineralizarea implică o serie de transformări, catalizate de enzime secretate de microorganismele degradante. Exoenzimele, secretate în afara celulelor microbiene sunt foarte importante pentru degradarea macromoleculelor însă atât enzimele extracelulare cât și cele intracelulare sunt implicate în biodegradarea pesticidelor.(27)

Unii compuși organici pot fi doar parțial degradați. Degradarea incompletă se poate datora atât absenței enzimei degradante adecvate cât și datorită procesului de cometabolism. În procesul de cometabolism, are loc oxidarea parțială a substratului, însă energia rezultată nu este utilizată în vederea susținerii creșterii și dezvoltării de noi celule. Acest fenomen apare atunci când microorganismele posedă enzime care degradează un anumit poluant.

Biodegradarea și aplicațiile acesteia în bioremedierea substanțelor chimice periculoase este o problemă de mare interes la ora actuală. Biodegradarea cu succes a substanțelor chimice periculoase necesită existența enzimelor microbiene capabile să producă modificări în molecula acestora, disponibilitatea microorganismelor care posedă aceste enzime precum și prezența unor condiții favorabile pentru dezvoltarea microorganismelor.

În acțiunea de biodegradare completă a xenobioticelor este necesară acțiunea combinată a funcțiilor metabolice ale unei întregi comunități microbiene din cauza dificultății de a întâlni toate funcțiile metabolice la o singură specie microbiană.(27)

6.1. Biodegradarea naturală (spontană) a deșeurilor organice

Imediat după eliminarea lor în mediu (urină, fecale) sau după formare (deșeuri vegetale, animale, ape reziduale, nămoluri decantate, alte deșeuri organice), depozitate în grămezi (cele solide) sau bazine și paturi de uscare (cele lichide), toate categoriile de deșeuri și reziduuri organice, sunt supuse acțiunii factorilor de mediu care le reduc volumul (cantitatea) și complexitatea structurală.

Factorii de mediu ce sunt implicați în procesele de biodegradare a substanțelor organice sunt următoarele:

factori fizici: temperatura, umiditatea, radiația luminoasă, vântul, radiația ultravioletă;

factori chimici: oxigenul, bioxidul de carbon, pH-ul mediului, raportul C:N;

factori biologici (microbiocenoza și macrobiocenoza): bacterii, virusuri, ciuperci, protozoare și insecte coprofage;

calitatea suportului organic al deșeurilor supuse biodegradării;

relațiile dominante dintre speciile microbiocenozei (competiție, prădare, parazitism, comensalism, sinergism, neutralism, antibioză);

prezența și concentrația factorilor favorizanți ai procesului de biodegradare naturală;

prezența și concentrația factorilor adverși ai biodegradării naturale (antibiotice, dezinfectanți, stabilizatori).(43)

6.2. Aspecte microbiologice privind procesul de biodegradare a deșeurilor organice

Compoziția chimică a deșeurilor organice le prezintă ca un material complex, supus acțiunii microorganismelor care îl utilizează ca sursă de energie, de C, O, N, H, S, Fe, etc. În momentul emisiunii lor, (materiile fecale și urina) conțin deja o bogată și variată componentă microbiană de origine enterală, a cărei activitate este repede preluată de microbiocenoza din mediul de depozitare.

Astfel, la suprafața depozitelor de deșeuri se instalează microflora heterotrofă aerobă, în profunzime, microflora heterotrofă anaerobă, apoi protozoarele. Mai târziu, insectele coprofage își depun ouăle și se dezvoltă un număr mare de larve, viermi, la care se adaugă păsări și mamifere ce consumă cantități variabile de reziduuri.

Microbiocenoza deșeurilor poate fi autotrofă și heterotrofă, aerobă, anaerobă, facultativ aerob-anaerobă, de fotosinteză și de chemosinteză.

În tabelul nr. 14 sunt prezentate grupele de microorganisme, susbtratul atacat și produșii finali rezultați din biodegradarea deșeurilor.

Tabelul nr. 14

Grupele de microorganisme, substratul atacat și produșii finali(43)

În dejecții și alte reziduuri organice predomină flora aerobă reprezentată de Bacillus vulgaris, B. subtilis, B. mesentericus, B. graveolens, Bacterium fluorescens, Bacterium enteriditis, E.coli, Bacterium vulgare, Micrococcus luteus, Micrococcus candicans, Micrococcus sulfureus, Micrococcus pyogenes, Sarcina flava, Streptococcus pyogenes, Cytophaga, Cellvibrio, etc. La acestea Waksman adaugă și bacteriile nitrificatoare, denitrificatoare, mixobacteriile și frecvente bacterii patogene.

Bacteriile anaerobe sunt reprezentate de Bacterium cellulosae hydrogenicus, Metanobacterium sp., etc.

Ciupercile care intervin în procesele de biodegradare a deșeurilor organice sunt reprezentate de genurile: Monilia, Penicillium, Aspergillus, Rhyparobius, Pilaira, Sordaria, Cladosporium, etc.

Efectele cumulate ale acestor microorganisme constau în reducerea treptată a cantității și complexității reziduurilor organice, materia organică fiind simplificată la CO2, H2O, energie, iar cea minerală la elemente stabile, ambele componente fiind introduse în alte circuite materiale ale biosferei.

În reacțiile de oxido-reducere, microflora aerobă utilizează oxigenul ca acceptor de hidrogen, pe când cea anaerobă, utilizează alți acceptori cum sunt NO3-, H+, Fe+++, SO42-; microorganismele fotosintetizante utilizează energia luminoasă în procesele de oxido-reducere, dar toate cele trei grupe de microorganisme coexistă în procesele de degradare naturală a reziduurilor.

Principalele căi metabolice de degradare a deșeurilor organice de către microorganisme sunt prezentate în cele ce urmează:

Deșeuri + O2 cataliză Microorganisme + CO2 + H2

organice bacteriană anaerobe

Deșeuri + Acceptori cataliză Microorganisme + CO2+CH4+H2O

organice de hidrogen bacteriană anaerobe

Deșeuri organice + cataliză Microorganisme + CO2

CO2+H2O fotonică de fotosinteză

6.3. Transformările primare ale deșeurilor: mobilizarea (degradarea, descompunerea) substratului

Mobilizarea substratului cuprinde ansamblul de reacții biochimice prin care deșeurile organice sunt pregătite pentru asimilație de către microorganisme, în principal cu ajutorul echipamentului enzimatic de care acestea dispun.(10)

Descompunerea polizaharidelor: celuloză, hemiceluloze, pectinele, lignina, chitina, amidonul

Descompunerea celulozei prin acțiunea hidrolizantă a microorganismelor este cunoscută încă din 1850. Cantitatea totală a celulozei din compoziția organismelor vii de pe pământ atinge 700 miliarde tone, din care în substanțele organice din sol și turbă se află 1400 miliarde tone. Cele mai multe organisme celulolitice utilizează exclusiv carbonul din celuloză, cu ajutorul celulazelor, enzime ce conțin 2 factori: unul de solubilizare și altul de polimerizare. Procesul de degradare a celulozei apare ca un proces hidrolitic ce depinde de hidrolazele celulaza și celobiaza. Rezultatul degradării este glucoza. Dintre microorganismele celulozolitice cele mai importante sunt: Cythopaga, Myxococcus, Cellvibrio, Actinomyces sp., Bacillus cellulosae dissolvens, Clostridium sp., Pseudomonas și multe ciuperci: Trichoderma sp., Fusarium sp., Aspergillus sp.(43)

Hemicelulozele sunt polizaharide cu 5 și 6 atomi de carbon (arabanele, galactanele, xilanele-25-30% în compoziția paielor de graminee), se descompun treptat după 8 zile.

Pectinele sunt componente importante ale dejecțiilor la rumegătoare și ale deșeurilor vegetale grosiere. Ele sunt atacate de microorganisme specifice (Pseudomonas, Prunicola) posesoare a două enzime: pectinesteraza și poligalacturonidaza. Produșii de degradare sunt acidul acetic, acidul butiric, acidul formic, acidul lactic, hidrogenul, iar în descompunerea aerobă apar produși finali cum sunt apa și bioxidul de carbon.

Lignina este un component al deșeurilor vegetale grosiere și este descompusă de microorganisme posesoare de enzime polifenoloxidazice.(37)

Chitina este atacată de multe bacterii ce produc chitinaze: B. chitinovorus, Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Klebsiella sp., E. coli.

Amidonul este întâlnit mai ales în dejecțiile rumegătoarelor, în apele uzate din industria alimentară și în nămolurile de decantare. În reziduurile stocate, microorganismele ce produc α-amilază și β-amilază atacă amidonul și îl scindează până la monozaharide. Dintre microorganismele producătoare de amilaze enumerăm: B. subtilis, Pseudomonas, Clostridium acetobutylicum, B. macerans, etc.(41)

Descompunerea proteinelor

Proteinele reprezintă cea mai importantă componentă a deșeurilor și reziduurilor. Biodegradarea lor se face sub acțiunea enzimelor proteolitice sau a proteazelor. Proteinele denaturate din dejecții sunt hidrolizate intens de tripsină și chimotripsină. În afara proteinelor, în deșeurile organice se găsesc și alte substanțe organice cu azot cum sunt bazele purinice, nucleozidele, nucleotidele, aminele, amidele, etc. Descompunerea lor se realizează de către microorganisme ce dispun de amidaze, iar din astfel de scindări se produce amoniac.(44)

CAPITOLUL 7

PROCEDEE MECANO-BIOLOGICE, FIZICE, CHIMICE ȘI BIOTEHNOLOGICE CE STAU LA BAZA INACTIVĂRII ȘI REDUCERII POTENȚIALULUI TOXIC POLUANT AL DEȘEURILOR

Prin deșeu rezidual se înțelege acea parte a deșeului care rămâne după realizarea măsurilor de valorificare a unor materiale reciclabile. Deșeul rezidual reprezintă cca. 30% din cantitatea inițială de deșeu amestecat și care trebuie neutralizat.

La îndepărtarea deșeului rezidual, într-o primă etapă trebuie să se realizeze reducerea și inertizarea materialelor din deșeuri având la bază o metodă adecvată de tratare.

7.1. Aspecte privind tratarea mecanico-biologică (TMB) a deșeului rezidual

Constă în descompunerea părții organice a acestuia și are ca principal scop condiționarea și/sau reducerea cantității deșeului rezidual înainte de depozitarea definitivă a acestuia sau înainte de valorificarea termică.

Tratarea deșeului rezidual se poate realiza aerob prin fermentație sau anaerob în procesul de putrezire. După aplicarea acestei metode de tratare se obține o valoare adecvată a puterii calorice, astfel că deșeurile se pot valorifica termic. Separarea fracțiunii bogate în substanțe combustibile se poate realiza înainte sau după etapa de tratare biologică.

Alături de incinerarea deșeurilor, tratarea mecano-biologică reprezintă o tehnică importantă în gestionarea deșeurilor municipale.

În instalațiile de tratare mecano-biologică sunt tratate deșeurile municipale colectate în amestec printr-o combinație de procese mecanice și biologice. În procesul de tratare mecano-biologică sunt separate mecanic deșeurile valorificabile material și energetic, iar, în final, resturile de deșeuri sunt inertizate biologic. Deșeurile inertizate biologic, care reprezintă circa 40 % din cantitatea totală introdusă în proces, sunt eliminate.(43)

Fig. 6. Schema simplificată a unei instalații de tratare mecano-biologică

Prin compostare se înțelege procesul de transformare pe cale biologică a deșeurilor menajere într-un produs nepoluant, cu înaltă valoare nutritivă pentru plante (în special cereale) și un foarte bun adaos la starea fizică și chimică a solurilor. În timpul operației de compostare se desfășoară 2 procese biologice (de descompunere și de sinteză), care se întrepătrund și se intercondiționează.

În general procesul de compostare cuprinde 4 faze importante:

● recepția și stocajul deșeurilor;

● prepararea (procesarea deșeurilor);

● fermentarea materialului preparat;

● selecționarea și livrarea compostului.

Metodele de fermentație și tratare mecanico-biologică prin putrezire au ca scop principal reducerea părții organice din deșeul rezidual. Acestea se prezintă în următoarele variante:

● varianta 1: deșeul rezidual a fost eliberat de părțile organice prin colectarea separată a acestora;

● varianta 2: deșeul rezidual a fost eliberat de fracțiunea bogată în putere calorică precum și de materialele valorificabile prin sisteme de selectare. Un astfel de deșeu se poate depozita direct după tratarea mecanico-biologică și poate fi compactat. Partea biologică a deșeului a fost tratată în cadrul acestui proces;

● varianta 3: deșeul rezidual este supus TMB exact în compoziția inițială. După încheierea tratării biologice se poate separa fracțiunea calorică și se recomandă însă o sortare prealabilă în vederea colectării separate a părților organice sau anorganice pentru a se asigura valorificarea materialelor organice fermentabile prin compostare.

Procedeele de tratare mecano-biologică a deșeurilor au la bază:

● metode aerobe în construcții deschise;

● metode aerobe în construcții parțial închise;

● metode aerobe în construcții închise;

● metode anaerobe.(43)

Compostarea centralizată

Deșeurile biodegradabile sunt compostate cu obiectivul returnării deșeului înapoi în cadrul ciclului de producție vegetală ca fertilizant sau ameliorator de sol. Varietatea tehnicilor de compostare este foarte mare, iar compostarea poate fi efectuată în grădini private sau în stații centralizate foarte tehnologizate. Controlul procesului de compostare se bazează pe omogenizarea și amestecarea deșeurilor urmată de aerare și adeseori de irigare.

Acest lucru conduce la obținerea unui material stabilizat de culoare închisă, bogat în substanțe humice și fertilizanți. Soluțiile centralizate sunt exemplificate prin compostarea cu preț scăzut fără aerare forțată și prin cea mai avansată tehnologic, cu aerare forțată și controlul temperaturii. Stațiile de compostare centralizată sunt capabile de tratarea a mai mult de 100.000 tone pe an de deșeuri biodegradabile, dar dimensiunea tipică a unei stații de compostare este de 10.000 până la 30.000 tone pe an.(41)

Deșeurile biodegradabile trebuie separate înainte de compostare și se acceptă numai deșeuri alimentare, din grădini, fragmente de lemn și, într-o anumită măsură hârtie; aceste deșeuri sunt convenabile pentru producerea unui compost de calitate bună.

Stațiile de compostare includ unitățile tehnice următoare: deschiderea pungilor, separatoare magnetice sau/și balistice, grătare (site), tocătoare, echipament de amestecare și omogenizare, echipament de întoarcere, sisteme de irigare, sisteme de aerare, sisteme de uscare, filtre biologice, epuratoare de gaz, sisteme de control și direcționare.

Procesul de compostare apare în momentul în care deșeurile biodegradabile sunt stivuite cu o structură ce permite difuzia oxigenului și cu un conținut de substanță uscată ce favorizează creșterea microbiană. Temperatura biomasei crește datorită activității microbiene și proprietăților izolatoare a materialului stivuit. Temperatura atinge, de cele mai multe ori, 65-75oC în câteva zile și apoi descrește încet. Această temperatură înaltă ajută la eliminarea elementelor patogene și a semințelor de buruieni.(42)

Avantaje și dezavantaje

Avantaje:

● tehnologie simplă, durabilă și ieftină (cu excepția compostării în container);

● aproximativ 40-50% din masă (greutate) este recuperată pentru dezvoltarea plantelor;

● recuperare maximă a fertilizanților cerută de sistemele agricole de intrare mică (adică P, K, Mg și microfertilizanți); efect de amendare al compostului;

● producerea de substanțe humice, microorganisme benefice și azot care se eliberează încet, necesară în cazul gradinăritului de peisaj și a horticulturii;

● elimină semințele și agenții patogeni din deșeu;

● posibilități bune de control a procesului (cu excepția celor mai multe instalații fără aerare forțată);

● poate fi realizat un mediu bun de lucru (de exemplu cabină presurizată echipată cu filtre).(21)

Dezavantaje:

● necesită separarea la sursă a deșeurilor municipale biodegradabile, inclusiv informarea continuă a generatorilor de deșeuri;

● trebuie dezvoltată și întreținută o piață a compostului;

● emisii periodice a componentelor mirositoare, în special când se tratează deșeuri municipale biodegradabile;

● o pierdere de 20-40% a azotului, ca amoniu, pierdere de 40- 60% a carbonului ca dioxid de carbon;

● potențiale probleme legate de vectori de propagare (pescăruși, șobolani, muște) când se tratează deșeuri municipale biodegradabile;

● este necesar personal instruit când se tratează deșeuri municipale biodegradabile.

Compostarea individuală

Din procesul de compostare rezultă compostul, produs ce contribuie la îmbunătățirea structurii solului. Locuitorii din zona rurală pot fi încurajați să-și composteze deșeurile organice proprii. Deoarece în această zonă majoritatea deșeurilor produse sunt de natură organică, compostarea individuală este cea mai recomandată opțiune.

Principale opțiuni tehnice de compostare individuală sunt compostarea în grămadă sau compostarea în container.(11)

Procedee noi de compostare

Un procedeu nou de compostare este vermicompostarea care mai poartă denumirea și de vermicultură. Vermicompostarea este un proces aerob, relativ rece, de compostare, în care diferite specii de viermi și râme, pot fi utilizate pentru descompunerea materiei organice. Viermii mărunțesc mecanic materialele compostabile și le descompun parțial prin ingerare, iar descompunerea biochimică decurge cu ajutorul bacteriilor și substanțelor chimice conținute în tractul lor digestiv. Până în prezent, succesul acestei metode este limitat la programe pilot sau la sisteme de dimensiuni reduse.

Acest procedeu prezintă un inconvenient în sensul că viermii sunt ușor afectați de impurități și astfel deșeurile organice trebuie să provină din deșeuri menajere separate la sursă sau colectate din piețe de produse vegetale. Vermicultura produce un îngrășământ de tip superior însă nu distruge toți agenții patogeni din deșeuri, supreviețuind unii viruși și paraziți. Din această cauză, dacă materialele intrate în proces prezintă un risc ridicat de a fi contaminate cu agenți patogeni, produsul finit poate să mai conțină la rândul său, agenți patogeni.

Valoarea compostului obținut din deșeuri menajere se stabilește luând în considerare și influența acestora asupra poluării mediului înconjurător, întrucât este posibilă o poluare a câmpiilor și o contaminare a animalelor cu produse toxice, în special cu metale grele și substanțe patogene. De asemenea, se cunosc cazuri de poluare cu compost a apelor freatice.

În Franța, există așa numitele “centre de îngropare tehnică a deșeurilor”. Centrele reunesc mai multe modalități de tratare a deșeurilor și anume: descărcarea în fose puțin adânci, după o triere grosieră, a materiilor putrescibile, fomându-se un strat de numai 30-60 cm, răscolit mecanic, în vederea unei bune aerări/oxigenări, necesare bacteriilor și ciupercilor pentru fermentarea aerobă. În prima lună temperatura în amestec se ridică la 65-80°C, ceea ce omoară unele microorganisme patogene (Salmonella typhosa, Escherichia coli, Brucella arboratus). După 3 luni temperatura scade la 40°C, amestecul se maturizează, iar la 6 luni se pot adăuga cantități proaspete de material putrescibil.

Fermentația anaerobă se realizează în fose mai adânci, materialul organic mixt se tasează mecanic pentru a împiedica pătrunderea spre adâncime a aerului. Biogazul format este pompat într-un cuptor de ardere. Dintr-o tonă de deșeuri se obțin 200-400 m³ biogaz cu puterea calorică jumătate din cea a gazului natural, care se poate transforma în curent electric.(21)

Fermentarea anaerobă

Fermentarea anaerobă este o opțiune de compostare care poate fi considerată o practică ecologică pentru țările industrializate. Majoritatea sistemelor anaerobe includ pre-procesarea urmată de deplasarea materialelor destinate compostării la o cisternă sau la un recipient sub presiune. În mod normal, trebuie să se adauge apă, având în vedere că bacteriile anaerobe pretind în general un mediu lichid sau semi-lichid.(30)

Fermentarea anaerobă este metoda de tratare biologică care poate fi folosită pentru a recupera atât elementele fertilizante cât și energia conținută în deșeurile municipale biodegradabile. În plus, reziduurile solide generate în timpul procesului sunt stabilizate. Procesul generează gaze cu un conținut mare de metan (55-70%), o fracție lichidă cu un conținut mare de fertilizanți (nu în toate cazurile) și o fracție fibroasă.

Deșeurile pot fi separate în fracții lichide și fibroase înainte de fermentare, fracția lichidă fiind îndreptată către un filtru anaerobic cu o perioadă de retenție mai scurtă decât cea necesară pentru tratarea deșeului brut. Separarea poate fi executată după fermentarea deșeurilor brute astfel încât fracția fibroasă să poată fi recuperată pentru folosire, de exemplu ca un ameliorator de sol. Fracția fibroasă tinde să fie mică în volum, dar bogată în fosfor, care este o resursă valoroasă și insuficientă la nivel global.

Fermentarea separată, metoda uscată

În fermentarea separată, metoda uscată, deșeurile organice sunt mai întâi mărunțite într-un tocător pentru a reduce dimensiunile particulelor. Deșeul este apoi sitat și amestecat cu apă înainte de a fi introdus în tancurile de fermentare (conținut de substanță uscată de 35%). Procesul de fermentare este condus la o temperatură de 25-55oC rezultând în producerea de biogaz și biomasă. Gazul este purificat și folosit la un motor cu gaz. Biomasa este deshidratată și, deci, separată în 40% apă și 60% fibre și reziduuri (având 60% substanță uscată). Fracția rejectată este eliminată, de exemplu trimisă la depozitare. Apa uzată care se produce în timpul procesului este reciclată în tancul de amestec înainte de tancul de fermentare.

Fermentarea separată, metoda umedă

În fermentarea separată, metoda umedă, deșeurile organice sunt încărcate într-un tanc unde sunt transformate într-o pastă (12% substanță uscată). Pasta este mai întâi supusă unui proces de igienizare (70oC, pH 10) înainte de a fi deshidratată. Pasta deshidratată este apoi hidrolizată la 40oC înainte de a fi deshidratată din nou.

Lichidul rezultat în treapta secundară de deshidratare este direcționat către un filtru biologic unde are loc fermentarea, rezultând biogaz și apă uzată. Această apă este reutilizată pentru formarea pastei sau poate fi utilizată, de exemplu, ca fertilizant lichid. Fracția fibroasă din treapta secundară de deshidratare este separată în compost și fracții de refuz care vor fi eliminate, de exemplu, la depozit. Compostul necesită, de obicei, o procesare ulterioară, înainte de a fi vândut. Biogazul este purificat și utilizat într-un motor, rezultând electricitate, căldură și gaze de ardere. O parte din căldură poate fi utilizată pentru asigurarea unei temperaturi stabile proceselor de hidrolizare și de filtrare biologică.

În acest proces, o tonă de deșeu menajer va genera 160 kg de biogaz, 340 kg de lichid, 300 kg de compost și 200 kg de reziduuri (inclusiv 100 kg deșeu inert). Potrivit analizelor, 10-30% din conținutul în fertilizanți (N-total, P-total și K-total) rămâne în compost.

Co-fermentarea, metoda umedă

În co-fermentare, metoda umedă, deșeul organic este mărunțit și sitat înainte de tratare. Deșeul mărunțit este apoi amestecat fie cu nămol de la stația de epurare, fie cu gunoi de grajd de la ferme, la un raport de 1:3-4. Biomasa amestecată este supusă întâi unui proces de igienizare (70oC) înainte de a trece la faza de fermentare, care este efectuată la o temperatură de 35-55oC. Procesul generează biogaz și o biomasă lichidă, ce este stocată înainte de a fi folosită ca un fertilizant lichid pentru sol. Biogazul este purificat și utilizat într-un motor rezultând electricitate, căldură și gaze de ardere. O parte din căldură se poate utiliza pentru asigurarea unei temperaturi stabile proceselor de igienizare și de fermentare.

O tonă de deșeu menajer va genera 160 kg de biogaz, 640 kg de fertilizant lichid, 0 kg de compost și 200 kg de reziduuri (inclusiv 100 kg deșeu inert). Potrivit analizelor, 70-90% din conținutul în fertilizanți (N-total, P-total și K-total) rămâne în fertilizantul lichid. Astfel, este posibil a se realiza o foarte mare recuperare și utilizare a elementelor nutritive. Totuși, trebuie subliniat faptul că fertilizanții lichizi obținuți din nămol de la stațiile de epurare orășenești sunt mult mai dificil de vândut decât fertilizantul lichid obținut din gunoiul de grajd.

Avantaje și dezavantaje

Următoarele avantaje și dezavantaje sunt de luat în calcul pentru toate metodele de tratare anaerobă.

Avantaje:

● aproape 100% recuperare a elementelor nutritive din substanța organică (azot, fosfor și potasiu) dacă materialul fermentat este înglobat imediat după împrăștiere pe terenul arabil;

● producerea unui fertilizant igienic, fără riscul răspândirii bolilor de plante sau animale. După fermentare, azotul este mult mai accesibil plantelor;

● reducerea mirosurilor, când este împrăștiat pe terenuri arabile în comparație cu împrăștierea materialului nefermentat;

● producerea energiei neutre din punct de vedere al emisiilor de CO2, sub formă de electricitate și căldură;

● înlocuirea fertilizanților comerciali.

Dezavantaje:

● necesită separarea deșeurilor la sursă;

● fracția fibroasă necesită o compostare adițională dacă se intenționează folosirea în horticultură sau grădinărit;

● trebuie dezvoltată o piață a fertilizanților lichizi înainte de stabilirea metodei de tratare, în afară de cazul în care lichidul are un conținut foarte scăzut de elemente nutritive și deci poate fi evacuat în canalizarea publică;

● emisiile de metan de la stație și metanul nears din gazele de ardere (1-4%) vor contribui negativ la efectul de încălzire globală.(11)

7.2. Tratarea termică a deșeurilor

Incinerarea deșeurilor menajere este o metodă termică de eliminare a acestora prin oxidare completă la temperaturi ridicate. Avantajul principal al incinerării deșeurilor solide urbane este reducerea substanțială a greutății (până la 75%) și a volumului (până la 90%), ceea ce poate fi benefic dacă spațiul pentru gropi de gunoi este deficitar.(12)

Scopul tratării termice a deșeurilor este îndepărtarea deșeurilor care nu pot fi valorificate fizic sau energetic precum și reducerea toxicității deșeului. Resturile trebuie valorificate iar energia termică obținută trebuie utilizată. Tratarea termică a deșeurilor este o metodă de tratare, unde prin schimbarea parțială a substanței solide sau lichide în componente gazoase (mai ales dioxid de carbon) și dispersia lor în atmosferă, se obține cea mai redusă cantitate de substanțe reziduale. Nici prin această metodă nu se pot îndepărta definitiv substanțele toxice din deșeuri, astfel praful și produșii de reacție din tratarea gazului de ardere trebuie îndepărtați prin depozitare ecologică. Avantajul metodei constă în faptul că rămășițele (zgura), rezultate din procesele tehnologice, pot fi eliberate de substanțele toxice și devin inerte chimic și biologic.(43)

7.3. Tratarea deșeurilor în vederea obținerii combustibilului

Sursele de carbohidrați se dovedesc a fi prețioase materii prime energetice care iau naștere în mod natural în culturi regenerabile anual, ele constituindu-se într-un extraordinar potențial energetic și de materii prime. Tehnologiile bazate pe conversia enzimatică a carbohidraților la etanol oferă posibilitatea obținerii unui biocarburant valoros. Etanolul prezintă un interes special datorită faptului că poate fi utilizat direct sau în amestec cu benzina la motoarele cu ardere internă. Folosit la un motor verificat, etanolul furnizează cu 18% mai multă energie la litru decât petrolul, fiind totodată mai puțin poluant.

În urma prelucrării în industrie a părților valoroase din plante rezultă mari cantități de subproduse bogate în celuloză, puțin sau deloc valorificată. Aceste rezerve pot fi valorificate, în urma hidrolizei celulozei, în industria fabricării etanolului. Cei mai activi producători ai complexului enzimatic celulozolitic aparțin fungilor filamentoși din genul Trichoderma, Penicillium și Aspergillus.

În prezent cercetările privind biosinteza complexului enzimatic celulozolitic sunt orientate în direcția utilizării ca sursă de carbon a deșeurilor celulozice din agricultură, zootehnie, industrie. Pe aceste substraturi se dezvoltă microorganismele mezofile sau termofile producătoare de celulaze, rezultând în final un lichid de biosinteză cu activitate enzimatică și o fracțiune solidă cuprinzând resturile celulozice nemetabolizate împreună cu o biomasă bogată în proteine. Este un procedeu biologic de reciclare nepoluantă a deșeurilor bogate în celuloză.(43)

7.4. Piroliza deșeurilor

Piroliza (degazarea), este un proces termic de tratare a deșeurilor menajere prin care se obține o descompunere termică a produșilor chimici și a compușilor organici la o temperatură ridicată și în absența oxigenului. În practică acest procedeu se numește și degazare. Sub efectul temperaturii ridicate se produce o sciziune și o structurare diferită a moleculelor organice finalizată în formarea substanțelor combustibile gazoase, lichide și solide. Reacțiile de piroliză au ca efect eliminarea și neutralizarea deșeurilor, reducerea în volum și în greutate a acestora și producția de combustibili gazoși și lichizi. Deșeurile sunt descompuse într-un reactor într-o durată de timp relativ îndelungată, la o temperatură cuprinsă între 500-1000°C. În cursul acestui proces se vor forma gazele de piroliză și zgurile.(43)

7.5. Reducerea chimică și biologică a deșeurilor

Reducerea chimică și biologică a deșeurilor menajere sau conversia în energie a acestora se află actual în faza de studiu, cercetări și experimentări, nefiind încă aplicată și extinsă industrial. La ora actuală se experimentează pe instalații pilot, conversia chimică și biologică a deșeurilor menajere în etanol. De asemenea există descompunerea anaerobă a deșeurilor menajere amestecate cu nămoluri de la stațiile de epurare a apelor reziduale (uzate) pentru a fi transformate în metan.

Procedeele biologice se bazează pe procedeele de conversie fotobiologică și fotochimică și sunt similare cu o conversie a energiei solare de către plante.

Datorită simplității tehnologice de bază se apreciază că într-un viitor apropiat prin conversia materiilor biologice (alge) și a deșeurilor organice se vor putea alimenta centrale electrice cu puteri cuprinse între 100-1000 MW.

Principalul obiectiv este de a se stabili care din cele 4 procedee (incinerarea, fermentarea, piroliza și reducerea chimică) vor sta la baza înființării unor unități industriale capabile de a trata, în condiții ecologice și de eficiență economică 500-1000 t/zi de materii organice solide. În ultimul timp s-a trecut și la aplicarea combinată a acestora, constituindu-se instalații complexe de reciclare a deșeurilor menajere.

7.6. Tratarea și reciclarea deșeurilor prin biotehnologii

Numeroase microorganisme pot contribui la degradarea unor deșeuri sau poluanți. Ciuperca Phanerochaete chrysosporium secretă enzime care descompun lignina, dar și unele ierbicide, uleiuri, produse toxice.

Biotehnologiile sunt tot mai implicate în protecția mediului și a omului. De exemplu, pentru a obține apă potabilă, degradarea substanțelor organice dizolvate se poate realiza prin filtrarea ei prin granule de cărbune activ, unde bacteriile fixate pe granule, efectuează nitrificarea și denitrificarea biologică.

Deșeurile organice – nămoluri, resturi de la abatoare, dejecții – pot fi transformate în produse utile omului – biogaz și îngrășăminte – prin activitatea bacteriilor metanogene.

De asemenea deșeurile ce conțin metale sunt obiectul bioextracțiilor și a biofixării în anumite microorganisme cu ajutorul proceselor metabolice. Ciupercile filamentoase din genurile Rhizopus, Mucor, Penicillium, Aspergillus, pot reține din apele reziduale cu pH-7, până la 98% Pb, 97% Zn, 92% Ni, în funcție de concentrația acestor ioni metalici în apa reziduală.

Biocaptatorii sunt folosiți pentru reducerea poluării atmosferice, desulfurare, denitrificare, eliminarea toxinelor, dezodorizarea emisiilor dirijate în atmosferă. Unele bacterii fluorescente, sensibile la prezența unui anumit poluant, sunt folosite ca sisteme de detecție.

7.7. Analiza comparativă a alternativelor tehnice aplicabile

În tabelul 15 se prezintă analiza comparativă a principalelor tehnologii de tratare a deșeurilor biodegradabile municipale: compostare, fermentare anaerobă, incinerare, piroliză și gazeificare.

Tabelul nr. 15

Analiza comparativă a tehnologiilor de tratare a deșeurilor biodegradabile municipale (57;58)

Sursa: Managementul deșeurilor biodegradabile municipale, Agenția Europeană de Mediu

CAPITOLUL 8

BIODEGRADAREA CONTROLATĂ A DEȘEURILOR ORGANICE

COMPOSTAREA DEȘEURILOR ÎN VEDEREA RECICLĂRII LOR CA FERTILIZANȚI PENTRU SOL

Pământul se confruntă cu o problemă majoră în aceasta perioada și anume fertilitatea tot mai scăzută a solului, datorită exploatării necontrolate a acestuia. Pentru a putea controla această problemă s-au efectuat mai multe lucrări de creștere a gradului de fertilitate iar una dintre cele mai cunoscute metode este metoda compostării. Această metodă este cunoscută încă din cele mai vechi timpuri de către agricultorii care foloseau gunoiul de grajd pentru îmbunătățirea solului.

Cercetările actuale au demonstrat că gunoiul de grajd este insuficient, acesta trebuind să fie amestecat cu diferite substanțe biodegradabile pentru o mai bună acțiune. Acest procedeu de bioremediere a solului poartă numele de compostare.

Prin compostare se înțelege totalitatea transformărilor microbiene, biochimice, chimice și fizice pe care le suferă deșeurile organice, vegetale și animale, de la starea lor inițială și până ajung în diferite stadii de humificare, stare calitativ deosebită de cea inițială, produsul rezultat fiind cunoscut sub numele de compost.(24)

Compostarea este o metodă ecologică de procesare a deșeurilor agricole, dar și menajere, deoarece nu produce noxe în procesul tehnologic. Prin acest procedeu se obțin îngrășăminte organice concentrate, utilizabile în agricultură, horticultură sau grădinărit. Compostarea, constă în transformarea părții de deșeu organic în compost fertilizator.

Prin compost se înțelege un produs obținut printr-un proces aerob, termofil, de descompunere și sinteză microbiană a substanțelor organice din produsele reziduale, care conține peste 25% humus relativ stabil format predominant din biomasa microbiană și care în continuare este supus unei slabe descompuneri fiind suficient de stabil pentru a nu se reîncălzi și a nu determina probleme de miros sau de înmulțire a insectelor. Compostul rezultat este mai bogat în substanțe nutritive pentru plante, decât orice îngrășământ artificial. Este cel mai bun îngrășământ natural pe care îl putem produce cu mare ușurință.(57)
Marea majoritate a deșeurilor sunt potrivite pentru compostare: resturile vegetale (iarba, frunzișul, tulpini, rădăcini), gunoi (de la animale mici), resturi de la bucătărie (coji de legume și fructe, zațul de cafea, resturi de mâncare, coji de ouă). Sunt și deșeuri care sunt mai puțin potrivite pentru compostare: cojile fructelor exotice (în cantități mici nu afectează calitatea întregului compost), hârtie și carton. Deșeurile interzise pentru compostare sunt: sticla, metalul, plasticul, resturile de ulei și vopsele. Procesul de descompunere este un proces biologic. Pentru a se forma un bun compost, trebuie asigurate condiții optime de viață pentru microorganismele care realizează procesul de descompunere.

8.1. Caracteristicile procesului de compostare

Reziduurile organice provenite din agricultură, zootehnie, industrie și din activitatea umană, care ridică serioase probleme în ceea ce privește spațiul de depozitare, procesele de biodegradare care dezvoltă microbi și mirosuri neplăcute, pot fi convertite în biofertilizatori sau biocombustibili.

Producerea de deșeuri organice municipale este un proces în continuă creștere, care se dezvoltă pe seama pierderii de materie organică din sol datorită agriculturii intensive și condițiilor climatice. Aceasta impune dezvoltarea proceselor de reciclare a deșeurilor organice, ca alternativă la alte procedee de reciclare, cum ar fi de exemplu, incinerarea sau depozitarea deșeurilor .

Se manifestă în prezent un interes deosebit pentru utilizarea proceselor biologice pentru rezolvarea unor probleme de protecția mediului, cum ar fi remedierea depozitelor de deșeuri solide și a celor periculoase și tratamentul apelor poluate. Unul dintre procesele biologice care s-a impus pentru remedierea deșeurilor solide organice este descompunerea aerobă controlată, denumită compostare.

Compostarea poate fi realizată la diferite niveluri ale activității umane, de la grădinarul care își produce propriul “aur negru” (compost), până la instalațiile industriale de valorificare a deșeurilor prin compostare.

Dacă grădinarul aplică la compostare reguli simple, fără a fi preocupat de procesul microbiologic sau chimic, executarea operațiilor de compostare la nivel municipal, comercial, necesită cunoașterea tuturor parametrilor fizico-chimici și biologici care să asigure procesarea rapidă a deșeurilor, la temperaturi suficient de ridicate, care să permită obținerea unui compost lipsit de miros și microorganisme patogene.(24)

Compostarea este definită în general ca un proces de descompunere prin oxidare biologică a constituenților organici din deșeuri, practic de orice natură, în condiții controlate. Deoarece compostarea este un proces biologic de descompunere a materiei organice, necesită condiții speciale, în particular, determinate de valori optime ale temperaturii, umiditate, aerare, pH și raport C/N, necesare asigurării unei activități biologice optime în diferitele stadii ale procesului.

Principalii produși ai procesului de compostare aerobă sunt: dioxidul de carbon, apa, diferiți ioni minerali și materie organică stabilizată, denumită humus sau compost.

Procesul decurge în două faze distincte, mineralizarea și humificarea. Mineralizarea este un proces foarte intens care implică degradarea substraturilor organice ușor fermentabile, cum ar fi glucide, aminoacizi, etc. Degradarea este însoțită de o intensă activitate microbiană prin care se produce căldură, dioxid de carbon și apă, ca și reziduuri organice parțial transformate și stabilizate.

Când fracția organică este consumată, unele celule se descompun prin autooxidare pentru a furniza energie celulelor rămase. În timpul primei faze a compostării este necesară furnizarea unei cantități suficiente de oxigen (5-15%) pentru a permite atât un bun start al transformării microbiene, cât și creșterea temperaturii, necesară menținerii condițiilor igienice de biodegradare a materialului organic.(58)

Procesul de transformare a substanțelor organice este completat în a doua fază a compostării, cea termofilă, care se desfășoară în condiții mai puțin oxidative, care permit formarea substanțelor cu caracter de humus și eliminarea compostului toxic mai dens, format eventual în prima fază. În cea de-a doua fază a compostării este preferat un proces mai puțin oxidativ pentrtu a evita mineralizarea excesivă a substratului organic.

În decursul fazei de maturare, necesarul de oxigen este mai redus (5%), deoarece procesul biologic devine foarte slab și are ca efect reducerea temperaturii.

Se realizează astfel, prin procesul de compostare controlată, reciclarea materiei organice și reducerea volumului deșeurilor solide.

8.2. Fazele procesului de compostare

În procesul compostării, la început avem de a face cu tot felul de materiale organice – resturi, coji, iarbă cosită, resturi de semințe, gunoi de grajd, frunze uscate, ace de conifere, rumeguș, resturi de la presele de ulei, etc., care nu sunt nici compost și nici humus. Între aceste materii prime crude și produsul final este un lung șir de reacții și transformări. Toate aceste substanțe sunt numite organice, nu atât de mult fiindcă conțin materie organică în mod strict ci pentru că au originea într-un proces organic (creșterea și viața cărora le datorează existența).

Produsul final este compostul, humusul în diferite stadii de putrezire sau fermentație. La finalul acestor stadii va rezulta humusul ca sol, în condiții favorabile. În condiții nefavorabile va rezulta doar "pământ" cu un conținut scăzut de material organic. Acest lucru înseamnă că produsul a fost mineralizat iar scopul de a obține materie organică nu a fost atins. Nu a rămas nimic din natură și din sursa materiei prime.(24)

Se pun în discuție trei faze ale compostării:

● faza de descompunere, care afectează materialul-sursă în mod primar. Proteinele, aminoacizii, celuloza, zaharurile, lignina sunt descompuse. Acest lucru se poate realiza prin descompunere obișnuită, fără interacțiunea microorganismelor, dar, de obicei, sunt prezente bacteriile, ciupercile, animalele microscopice, ce digeră materia organică;

● faza de "construcție" se caracterizează prin faptul că microorganismele preiau și transformă materialele-sursă, pe care le folosesc ca hrană pentru "construcția" corpului lor. Acum devine foarte important care tip de activitate microbiană este prezentă: aceea în care rezultă doar bioxid de carbon, amoniac, nitriți sau hidrogen sulfurat sau aceea în care se stabilizează produsele descompunerii și rezultă un humus stabil sau instabil, un humus durabil sau perisabil. Humusul stabil va construi solul. Humusul perisabil, instabil, va oferi "hrană" plantelor și va dispărea rapid fără a avea efecte de durată. În legătură cu aplicarea acestui fel de compost, este foarte important ce fel de sol trebuie fertilizat;

● în faza a treia, în mod gradat, materia organică va fi descompusă, va fi transformată în bioxid de carbon și azot prin amoniac și nitriți. Acest fapt înseamnă că proteinele sunt complet descompuse în componente chimice simple și ca atare compostul se mineralizează. Rezultatul poate fi favorabil, obținându-se un pământ bogat în compost, care în trecut era denumit generic "compost" și era produs în principal de fermieri și legumicultori.

● faza 1, stadiul de fermentare mezofilă, care este caracterizat prin creștearea bacteriilor și temperaturi între 25 și 400C;

● faza 2, stadiul termofil în care sunt prezente bacteriile, ciupercile și actinomicetele (primul nivel al consumatorilor) la o temperatura de 50-600C, descompunând celuloza, lignina și alte materiale rezistente. Limita superioară a stadiului termofil poate fi la 700C și este necesar să se mențină temperatura ridicată cel puțin o zi pentru a asigura distrugerea patogenilor și contaminanților;

● faza 3, îl constituie stadiul de maturare, unde temperaturile se stabilizează și se continuă unele fermentații, convertind materialul degradat în humus prin reacții de condensare și polimerizare. Ultimul obiectiv este de a produce un material care este stabil și poate fi judecat cu privire la raportul C:N, materialele bine compostate au un raport C:N redus, de ex. raportul C:N poate scădea de la 30 la începutul procesului de compostare la 15 în compostul matur. În timpul compostării active, descompunerea aerobă generează bioxid de carbon și vapori de apă. Descompunerea anaerobă activă generează bioxid de carbon, metan și alte produse de fermentație care creează mirosuri neplăcute, pH redus în grămada de compostare și inhibă creșterea plantelor. Numeroși factori afectează generarea de mirosuri: cantitatea de oxigen din grămadă, caracteristicile materialelor supuse compostării, pH – ul inițial al amestecului și materialele utilizate ca aditivi. Chiar dacă există o aprovizionare bună cu oxigen (obținut prin difuzie, remaniere ori aerare forțată) în grămada de compostare tot rămân unele pungi mai mici ori mai mari în care procesul se desfășoară în condiții anaerobe. Produsele din aceste pungi anaerobe se vor descompune în momentul în care ele ajung în condiții aerobe în grămada de compostare. La condiții de pH în jur de 4,5 sau mai mici, microorganismele aerobe mor, se corodează echipamentele de lucru și apar mirosuri; pH-ul coborât și apariția mirosurilor sunt cei mai buni indicatori ai nevoii de oxigen. O grămada de compostare este predominant aerobă dacă concentrația oxigenului în grămada de compostare este distribuită uniform și are valori peste 5-6 %. La valori ale oxigenului sub 3% apar mirosurile și începe procesul de anaerobioză. Dacă se întrerupe fluxul de aer în grămadă chiar și numai 2 minute atunci când activitatea microbiană este ridicată, în grămadă pot să apară procese anaerobe. În condiții anaerobe, apar mirosuri generate de alcoolii și acizii organici volatili formați rapid, care coboară pH-ul grămezii. Restabilirea condițiilor aerobe printr-o aerare și porozitate corespunzătoare poate dura de la 2 la 6 zile.(57)

Organismele microbiene necesare pentru compostare apar natural în multe materiale organice. Totuși, sunt numeroși proprietari de produse vandabile pentru a activa ori a fi folosite ca starter în compostare. Adăugarea de culturi bacteriene ori alte produse se referă la inoculare ori însămânțare. Cu toate că folosirea stimulatorilor poate stimula compostarea (în special a subproduselor care sunt relativ sterile), cei mai mulți producători de compost le consideră rareori necesare.

Cele mai obișnuite tipuri de aditivi folosiți pentru dirijarea compostării și îmbunătățirea calității produsului final sunt:

● folosirea compostului care nu și-a terminat maturarea și este încă bogat în microorganisme ca inocul (pâna la 10 % din masa grămezii de compostare);

● folosirea carbonatului de calciu pentru corectarea deficitului de calciu și corectarea reacției acide;

● folosirea sângelui și făinii de coarne pentru a asigura azotul în absența gunoiului de grajd;

● făina de oase este utilizată pentru corectarea deficitului de fosfor și calciu;

● solul argilos sau argila pură sunt folosite pentru a îmbunătăți formarea compușilor argilo-humați, în special pentru composturile ce se vor folosi pe solurile nisipoase;

● gipsul este recomandat pentru îmbunătățirea texturii solului;

● roca fosfatică măcinată se adaugă pentru eliberarea lentă a fosforului accesibil;

● nisipul și pulberea grosieră de granit (în cantități mici) au rolul de reducere a texturii prea argiloase și îmbunătățire a drenajului;

● făina de alge marine se recomandă ca sursă de potasiu și microelemente;

● organisme specifice ori preparate biodinamice;

● roci măcinate ori pudră aplicate pentru asigurarea microelementelor ori argilei. De asemenea acestea reduc mirosurile neplăcute, îmbunătățesc formarea humusului și drenajul.(24)

8.3. Microbiologia compostării

Waksman (1932) arată dinamica foarte variată a bacteriilor în timpul compostării. În gunoiul de grajd proaspăt, s-au găsit 940 de milioane de celule bacteriene la 1 gram de material, din care 10 000 000 erau bacterii urolitice (care descompun ureea), 10 000 000 bacterii anaerobe celulozolitice și 1 000 000 bacterii aerobe celulozolitice. În timp de 6 ore de menținere a gunoiului la 200C, numărul bacteriilor a scăzut de la 940 de milioane la 760 de milioane, iar în 3 zile, la 230 milioane. Menținând aceeași temperatură, numărul de bacterii începe din nou să crească, atingând 700 milioane în 7 zile, 810 milioane în 14 zile și 3,3 miliarde în 28 de zile. Jumătate din aceste bacterii au fost în stare sporulată. Bacteriile urolitice au prezentat o dinamică similară, în timp ce bacteriile celulozolitice aerobe se înmulțesc în primele câteva zile și apoi își reduc numărul.

Cunoștințele actuale ne permit să afirmăm că proteina din gunoiul compostat aerob este formată în cea mai mare parte din biomasa celulelor microbiene, parțial și aceasta fiind complexată sub forma lignino-proteică, de mare valoare pentru agricultură, în timp ce proteina rămasă în gunoiul compostat anaerob este o proteină de origine fecaloidă, urât mirositoare, nebiotransformată în forme cu stabilitate moleculară mai ridicată. În concluzie, este adevărat că o parte mai mare de azot se pierde din gunoi în timpul compostării aerobe, dar ceea ce rămâne este mult mai utilă pentru sol și agricultură decât ceea ce rămâne în grămada de gunoi compostată anaerob.(43)

Procesul de compostare implică din punct de vedere microbiologic o rețea complexă de factori, care pot fi reprezentați sub forma unei piramide trofice, cu consumatori la nivel primar, secundar și terțiar. Baza piramidei, sau sursa de energie este constituită din materia organică formată din reziduurile de plante și animale.

Consumatorii terțiari (organismele care se hrănesc cu consumatorii secundari) sunt reprezentate de: miriapozi, diferite specii de gândaci, păianjeni, furnici, etc.

Consumatorii secundari (organisme care se hrănesc cu consumatorii primari) sunt: unele tipuri de păianjeni, de gândaci nematode, protozoare, viermii din sol, etc.

Consumatorii primari (organisme care se hrănesc cu resturi organice) sunt reprezentați de: bacterii, fungi, actinomicete, nematode, unele tipuri de gândaci, viermi, miriapozi, melci, etc.

Reziduurile organice sunt reprezentate de: frunze, resturi de iarbă și de alte plante, resturi alimentare, resturi fecale, resturi de animale, inclusiv nevertebratele din sol.

Analizând piramida trofică, se poate constata faptul că, resturile organice sunt consumate de unele tipuri de nevertebrate (miriapozi, melci, moluște, etc.). Aceste nevertebrate mărunțesc materia organică, creând astfel o suprafață mai mare disponibilă la atacul produs de fungi, bacterii, actinomicete (un grup de microorganisme intermediare între bacterii și fungi), care vor fi la rândul lor consumate de organisme cum ar fi păianjenii, unele tipuri de gândaci și viermi.

Multe specii de viermi, incluzând viermii de pământ, viermii roșii, nematodele, se hrănesc cu resturile vegetale descompuse și cu microbii, excretând în schimb compuși organici care îmbogățesc conținutul compostului, creează un efect de aerare a lui (datorită tunelurilor practicate) și cresc suprafața de contact a materiei organice pentru acțiunea ulterioară a microbilor.

Cu fiecare consumator care moare sau produce substanțe organice în urma proceselor de excreție, crește cantitatea de hrană pentru restul organismelor care produc descompunerea materiei organice.(43)

8.4. Microorganisme implicate în procesul de compostare

Bacterii

Bacteriile sunt cele mai mici și cele mai numeroase organisme vii care activează în compost, reprezentând 80-90% din milioanele de microorganisme tipice dintr-un gram de compost. Bacteriile sunt răspunzătoare de cea mai mare parte a procesului de descompunere și de generarea căldurii în compost. Ele reprezintă grupul nutrițional cel mai divers care activează în compost, utilizând un domeniu larg de enzime pentru a scinda o mare varietate de materiale organice.

Bacteriile sunt organisme unicelulare structurate în: bacili sferici, coci sferici sau spirale, capabile de mișcare proprie. La începutul procesului de compostare (0-40°C) predomină bacteriile mezofile; multe dintre acestea pot fi regăsite și în sol. Când temperatura compostului crește peste 40° C, locul bacteriilor mezofile este preluat de cele termofile, populație dominată de genul Bacillus. Diversitatea speciilor de bacili este mare la temperaturi între 50-55°C, dar descrește dramatic la temperaturi de peste 60°C. Când temperaturile devin nefavorabile, bacilii supraviețuiesc formând endospori, spori cu pereți celulari groși care sunt foarte rezistenți la căldură, frig sau lipsa de hrană. Ei rămân în natură și devin activi când condițiile de mediu devin favorabile.

La temperaturi mari au fost izolate din compost bacterii din genul Themus, descoperite prima dată în izvoarele de apă fierbinte din Parcul Național Yellowstone.(24)

Odată cu începerea procesului de răcire a compostului, încep să predomine din nou bacteriile mezofile. Numărul și tipul bacteriilor mezofile care recolonizează compostul la maturare depinde de sporii și microorganismele prezente în compost ca și de condițiile de mediu ambiant. În general cu cât este mai lung procesul de maturare cu atât va fi mai diversă comunitatea microbiană.(57)

Actinomicetele

Mirosul caracteristic al solului este cauzat de actinomicete, microorganisme asemănătoare fungilor, dar care sunt de fapt bacterii filamentoase. Ca și bacteriile, ele nu posedă nucleu, dar cresc sub formă de filamente multicelulare, asemănător fungilor. În procesul de compostare joacă un rol important în biodegradarea substanțelor organice complexe, cum ar fi: celuloza, hemicelulozele, lignina, chitina sau proteinele.

Enzimele secretate de ele fac posibilă biodegradarea resturilor de lemn, coaja arborilor sau a hârtiei de ziar. Unele specii apar în timpul fazei termofile, altele devin importante în timpul fazei de maturare, când rămân să formeze humusul doar cei mai rezistenți compuși.

Actinomicetele formează filamente lungi, ramificate, de forma unei pânze de păianjen în compost. Aceste filamente sunt observabile spre sfârșitul procesului de compostare, uneori sub forma unei colonii circulare care crește gradual în diametru.(25)

Fungi

Fungii sunt responsabili de descompunerea în sol și compost a multor polimeri complecși din structura plantelor. În compost fungii sunt importanți deoarece ei scindează deșeurile celulozice permițând astfel bacteriilor să continue procesul de descompunere. Ei se dezvoltă producând multe celule și filamente și pot ataca reziduurile organice care sunt prea uscate, acide sau cu conținut scăzut în azot, pentru a putea fi descompuse de bacterii.

Mulți fungi pot fi clasificați ca saprofiți, deoarece ei trăiesc colonizând organismele moarte, obținând energie prin scindarea materiei organice din plante sau animale moarte.

Speciile de fungi sunt numeroase atât în timpul fazei mezofile cât și în timpul fazei termofile de compostare.(5)

Protozoare

Protozoarele sunt animale microscopice unicelulare, care trăiesc în picăturile de apă din compost. Rolul lor în procesul de compostare este relativ minor. Ele își procură hrana în același mod ca și bacteriile, dar acționează ca și consumatori secundari hrănindu-se cu bacterii și fungi.(25)

8.5. Factorii care influențează calitatea compostului

Factorii care influențează calitatea compostului sunt:

● apa – lipsa de apă blochează activitatea microorganismelor și astfel procesul de descompunere. Prea multă apă face ca microorganismele să nu primească destul aer;

● aerul – aerisirea insuficientă provoacă înmulțirea microorganismelor care preferă locurile umede iar odată cu ele apar și mirosurile neplăcute;

● căldura – activitatea de descompunere pe care o realizează microorganismele este maximă atunci când lângă aerul și apa suficientă, compostul are o temperatură optimă pentru procesele de descompunere. Ideal ar fi ca compostul să aibă 40- 60 0C, deoarece astfel devine posibilă compostarea naturală și curățarea de germeni nedoriți;

● substanțele nutritive – cu cât resturile pe care le adunăm sunt mai variate, cu atât compostul va fi la sfârșit mai valoros;

● gradul de mărunțire al deșeurilor – pentru o descompunere rapidă a materialului de compost, este important ca toate componentele organice de substanță mai tare să fie mărunțite.

Pentru a obține un compost de calitate și într-un timp relativ scurt, se recomandă construirea grămezii de compost din mai multe straturi alternative de materiale organice și minerale diferite, conform următorului procedeu:

● se așterne un strat afânat de material nemărunțit de 15-20 cm. Sunt recomandabile aici tăieturile de crengi și gard viu, paie, cozi de flori, frunze uscate, coji de copaci, crengi, corzi de viță de vie. Pentru a face legătura cu celelalte straturi și a menține atmosfera favorabilă fermentării, acest strat se stropește cu apă. Prin acest strat se poate realize drenajul compostului. Apa care este în plus se va putea scurge și totodată se asigură aerisirea;
● primul strat de material compostabil are 10-15 cm grosime și este format din materiale organice ușor degradabile: tulpini și frunze verzi de plante cultivate și de buruieni, frunze, resturi vegetale de la bucătărie. Apoi se pune un rând de pământ pe care vine încă un strat de frunziș, iarba uscată, resturi de bucătărie și gunoi de la animale. Depunerea se continuă în același mod până la o înălțime de 1,5 m. Partea de sus a grămezii nu se termină cu vârf ci cu o suprafață.

Prima etapă a procesului de compostare durează maxim o săptămână și se încheie cu acoperirea grămezii cu frunze, paie, materiale textile, saci de iută, folie de plastic, etc. Este de asemenea foarte bine dacă se așterne deasupra și un strat de pământ negru de grădină. Astfel compostul se coace mai repede. Grămada de compost trebuie așezată pe suprafața solului și niciodată săpată în pământ, deoarece astfel riscăm ca materialele folosite să se putrezească în lipsă de aer. Încă de la amenajarea grămezii, materialul trebuie udat din când în când, pentru a nu se usca prea tare. Compostul se coace după o desfacere în circa 4-6 luni în lunile de vară, și în 6-9 luni în lunile de iarnă. În timpul iernii este interzisă desfacerea compostului, pentru a se evita răcirea lui. Însă în lunile de vară este indicat desfacerea grămezii după 3 luni și reamestecarea. Pentru obținerea unui compost cu cantitatea necesară/optimă de humus și pentru ca substanțele organice să nu fie supraexploatate trebuie folosit în maxim 1 an de la terminarea coacerii.(33)

8.6. Avantajele și dezavantajele compostării

Compostarea are următoarele avantaje:

● produsul final este un concentrat în totalitate de natură organică, care se obține dintr-un produs voluminos inițial, deci altfel greu și costisitor de transportat și depozitat;

● compostul este un produs în totalitate de natură organică, care poate înlocui mari cantități de îngrășăminte chimice;

● elimină poluarea produsă de depozitele de nămol ale stațiilor de epurare;

● este un procedeu tehnologic cu un consum energetic redus.(24)

Dezavantajul compostării constă în faptul că procesul de compostare necesită un control riguros al prezenței substanțelor inhibitoare ale procesului biologic de fermentare aerobă.

Costuri estimative: 20 – 40 $/t.

Cu toate acestea, doar într-un număr limitat de țări europene, câteva procente din cantitatea totală de deșeuri organice municipale sunt compostate (Spania 21%, Portugalia 10%, Danemarca 9%, Franța 6% și foarte limitat Olanda, Germania și Italia). Explicația principală constă în dificultatea de a găsi piețe de desfacere pentru aceste produse. Compostarea are tradiție și largă răspândire doar în SUA, unde compostul este intens utilizat în grădinărit (legumicultură). Pentru România, din studiile efectuate până acum, a rezultat că nu există o piață de desfacere aferentă compostului, datorită în principal, dificultăților financiare cu care se confruntă agricultorii (fermierii) români.

În concluzie principalele avantaje ale compostării produselor reziduale zootehnice constau în:

● asigură protecția mediului ambiant din apropierea complexelor zootehnice și în tot arealul în care acesta se aplică;

● constituie o metodă eficientă de reciclare pentru reziduurile culturilor, reziduurile din complexele zootehnice;

● se înlocuiește un produs voluminos, cu umiditate ridicată, greu transportabil și pe o rază mică în jurul complexului cu un produs concentrat, ușor transportabil la orice distanță, fără miros, liber de agenți patogeni, capabil să controleze dezvoltarea unor boli și dăunători din sol, ușor de depozitat, nu creează probleme cu muștele sau cu buruienile, putând fi aplicat pe teren la momentul cel mai convenabil;

● conservă elementele nutritive din gunoi. Compostul conține o formă organică mai stabilă a azotului, care este mai puțin spălat în apele freatice;

● produsul final cedează mai greu elementele nutritive accesibile pentru plante și poate fi aplicat pe teren o perioadă mai îndelungată;

● se obține un îngrășământ valoros pentru agricultură, mai ales pentru sectoarele legumicole și floricole, care poate substitui mari cantități de îngrășăminte chimice:

● se obține un produs capabil să reducă deficitul de materie organică și microelemente în solurile agricole, să amelioreze caracteristicile fizice, chimice și biologice ale solurilor și să crească indicii de valorificare a elementelor nutritive din îngrășămintele minerale aplicate;

● poate substitui așternutul;

● se îmbină degajarea reziduurilor cu ameliorarea solului într-o manieră ‘’naturală’’, care nu cere un consum foarte mare de energie;

● constituie o metodă de îndepărtare a excesului de elemente nutritive din fermă și de reducere a suprafeței ocupate cu depunerea reziduurilor;

● compostul se împrăștie uniform pe terenul agricol cu mașinile existente în dotarea unităților;

● compostul este un excelent condiționator de sol, îmbunătățește structura solului, are un aport important de materie organică și reduce potențialul pentru eroziunea solului; ● existenta unei piețe a compostului face din acesta un produs foarte atractiv. Principalii cumpărători sunt grădinarii, legumicultorii, cei ce se ocupă cu agricultura peisajeră, cultivatorii de plante ornamentale, cei ce întrețin terenurile de golf, etc.;

● compostul poate fi folosit ca material pentru biofiltre;

● compostarea oferă posibilitatea reutilizării elementelor nutritive și a fracției organice din reziduurile din fermă și conduce la obținerea unui produs nou, vandabil, solicitat pe piață, capabil să mărească cantitatea și calitatea producției agricole.(41)

Ca la orice altă activitate și în cazul compostării pot să existe și dezavantaje. Acestea constau în:

● necesită timp și bani. Compostarea necesită echipament, muncă și management. Dacă s-ar folosi numai echipamentele din fermă ar crește consumul de forță de muncă, și se impune deci pentru fermele mijlocii și mari să se procure echipamente speciale pentru compostare al căror cost variază de la minimum 10.000 $ la peste 100.000 $ pentru a putea începe operațiunile de compostare;

● necesită teren pentru desfășurarea activității. Suprafețele necesare pentru depozitarea materiilor prime, a compostului finit și pentru desfășurarea procesului de compostare pot fi foarte mari;

● este posibil să apară mirosuri, cel puțin în prima fază a procesului. Produsele supuse compostării emană deseori mirosuri neplăcute, mai ales dacă sunt depozitate pentru un timp înainte de pornirea procesului, unele locuri pot cere măsuri de reducere a mirosurilor; mirosurile pot fi generate și printr-un management necorespunzător;

● vremea poate afecta sau prelungi compostarea. Vremea rece și umedă poate prelungi procesul de compostare prin reducerea temperaturii în grămada de compostare și prin creșterea umidității. Zăpada în cantitate mare și pe termen lung poate chiar bloca procesul de compostare;

● este nevoie de un studiu de marcheting și de aplicare a acestuia. Acesta implică un inventar al potențialilor cumpărători, reclamă, transport la punctele de vânzare, un management al echipamentelor și menținerea calității produsului;

● sunt îndepărtate de la producția agricolă gunoiul de grajd și resturile vegetale și orientate în alte direcții;

● sunt posibile pierderi potențiale de azot din gunoiul de grajd, deseori compostul conține mai puțin de jumătate din azotul prezent în gunoiul de grajd proaspăt;

● compostul cedează lent elementele nutritive pentru plante;

● există riscul ca activitatea să fie tratată ca o întreprindere comercială.(42)

Atât gunoiul de grajd cât și compostul sunt buni condiționatori de sol și au o anumită valoare fertilizantă. De obicei gunoiul de grajd se aplică direct pe teren asigurând ameliorarea calităților solului la fel ca și compostul. Acest lucru face să pară nejustificat procesul de compostare.

Totuși sunt unele avantaje care impun compostarea:

● compostarea convertește conținutul de azot din gunoiul de grajd în forme organice mai stabile. Chiar dacă acest lucru presupune unele pierderi de azot, ceea ce rămâne este mai puțin susceptibil la spălare și pierdere sub formă de amoniac;

● generarea de căldură în timpul procesului de compostare reduce numărul semințelor de buruieni din gunoiul de grajd;

● într-un număr din ce în ce mai mare de ferme zootehnice, gunoiul este mai mult o povară decât un lucru valoros, în acest sens depunerea gunoiului provoacă mari probleme mai ales fermelor ce cumpără o mare parte din hrană, sau acolo unde numărul de animale este necorelat cu suprafața de teren disponibilă pentru aplicarea gunoiului, sau în zonele cu o densitate mare a populației. Multe griji sunt provocate de scurgerile de gunoi de pe terenul înghețat și contaminarea cu nitrați a apelor din fântâni. Compostarea are posibilitatea să reducă aceste probleme. Compostarea convertește elementele nutritive în forme ce sunt mai greu levigate către apa freatică sau sunt mai greu antrenate de scurgerile de suprafață;

● utilizarea compostului conduce la reducerea poluării difuze din agricultură;

● solurile fertilizate numai cu compost oferă un surplus de elemente nutritive plantelor în lunile mai-septembrie și un deficit în restul timpului, ceea ce impune aplicarea împreună cu îngrășămintele minerale.

Compostul constituie cel mai bun amendament natural al solului și el poate fi folosit în locul fertilizanților comerciali. Dar cel mai important lucru este că este un produs ieftin. Folosirea compostului conduce la îmbunătățirea structurii solului, ameliorarea texturilor excesive, îmbunătățirea aerării și creșterea capacității de înmagazinare a apei, crește fertilitatea solului și stimulează dezvoltarea unui sistem radicular sănătos al plantelor. Materia organică aplicată prin compost asigură hrană pentru microorganisme, care păstrează solul în condiții de sănătate. Azotul, potasiul și fosforul vor fi produse natural prin hrănirea microorganismelor, deci nu va fi necesară aplicarea de amendamente pentru sol sau acestea vor fi puține.(24)

8.7. Metode de compostare

În SUA se practică cel puțin 5 metode de compostare:

● compostarea pasivă în grămadă deschisă;

● compostarea pe platformă, în șire sau în grămezi folosind un încărcător pentru întoarcere, amestec și mânuire;

● compostarea pe platformă folosind echipamente speciale de remaniere a grămezii;

● sisteme de grămezi statice aerate folosind conducte perforate;

● sistem de compostare în container.

Primele trei metode se practică de obicei în aer liber, iar ultimele două în spații închise pentru a avea un mai bun control al umidității, tratamentului și captării mirosurilor.

Compostarea pasivă în grămadă deschisă este pretabilă pentru fermele de dimensiuni mici sau moderate, cu un management mai redus. Metoda implică formarea grămezii de materiale organice și lăsarea ei nederanjată până când materialele sunt descompuse în produse stabilizate. Aceste grămezi mici au avantajul mișcării naturale a aerului. Datorită fermentării active grămada se încălzește în interior, aerul cald se ridică și se pierde la suprafața superioară a grămezii, fiind înlocuit cu aerul rece ce pătrunde pe la baza grămezii și pe lateral, împrospătând astfel aerul în grămadă. În funcție de mărimea grămezii curenții de aer pot împrospăta mai repede sau mai încet aerul din grămadă activând procesul de fermentație. Pentru un schimb eficient de aer mai ales în perioada de vară și dacă se compostează materiale ce degajă mai multă căldură cum este cazul gunoiului de la cabaline, înălțimea grămezii va fi de numai 0,9 – 1,2 m. Costul muncii și echipamentului necesar pentru a forma și amesteca grămada constituie cheltuielile operaționale cele mai mari. Încărcătoarele din fermă și mașinile de împrăștiat gunoi sunt de obicei cele folosite în fermă. Compostarea pasivă ori nederanjată este de obicei folosită pentru compostarea carcaselor animalelor din fermă. Dezavantajul acestei metode constă în faptul că grămada devine de negospodărit fiind prea umedă, prea uscată, prea compactată, putând deveni repede anaerobă și foarte mirositoare.(56)

Compostarea pe platformă în șiruri și grămezi este cea mai comună formă de compostare. Pentru un management activ al procesului șirurile și grămezile sunt remaniate cu ajutorul unei mașini speciale ceea ce evită compactarea grămezii, îmbunătățește schimbul de aer, aduce la suprafața grămezii materialul din interior și introduce în grămadă materialul de la suprafața grămezii. În acest mod pot fi distruse prin compostare semințele de buruieni, agenții patogeni și larvele de muște, ele ajungând în mijlocul grămezii unde temperatura este foarte mare. Întorcând și amestecând din nou materialele supuse compostării acestea se fragmentează în particule mai mici și le crește suprafața activă biologică de contact. Excesul de remanieri poate conduce la reducerea porozității grămezii dacă mărimea particulelor devine prea mică. Mărimea grămezii (a șirului) este dată de caracteristicile echipamentului ce realizează remanierea grămezii. La noi în țară au deținut astfel de utilaje numai unii cultivatori de ciuperci. Este de preferat ca platforma de compostare să fie înconjurată de un șant pentru colectarea scurgerilor. Lichidul colectat poate fi folosit pentru umectarea grămezii la remaniere dacă acest lucru este necesar sau se poate aplica pe terenul agricol ca fertilizant lichid. În cazul unor întreprinderi mici și medii, ce compostează de la câteva sute la câteva mii de metri cubi, în lipsa echipamentului specific de remaniere a grămezii se poate utiliza un tractor cu cupă de încărcare și benzi transportoare pentru a se putea realiza amestecul. Mașinile de distribuție a gunoiului pot fi utilizate și pentru distribuția compostului. Un echipament pentru remaniere poate amesteca între 400 și 4000 t pe oră. Chiar dacă se dispune de acest echipament pentru remaniere tot este necesar un încărcător tip fadroma pentru organizarea inițială a grămezii, pentru încărcarea compostului în mașinile de transportat sau de împrăștiat, etc.

Compostarea pe platformă folosind echipamente de remaniere specializate se practică în unitățile mari, producătoare de compost. Este identică ca mod de organizare cu metoda de compostare pe platformă în șiruri și grămezi, dar este obligatorie prezența echipamentului special de remaniere.

Sistemul de grămadă statică aerată cu conducte perforate se poate dezvolta în spații deschise sau închise. În grămadă sunt încorporate către bază conducte perforate pentru aerare. Gazele fierbinți din interiorul grămezii se ridică, iar aerul rece pătrunde prin conducte în interiorul grămezii. Se poate practica și aerarea forțată folosindu-se un suflător de aer în conductele de la baza grămezii care face ca circulația aerului să fie mai rapidă. Sistemul de forțare a aerării permite creșterea grămezii și un control mai bun al procesului de compostare. Aranjamentele de presiune negativă (în interiorul conductelor perforate) permit exaustarea aerului direct prin filtre biologice dacă mirosurile devin o problemă. Grămezile statice aerate au la bază așchii de lemn, paie tocate ori alte materiale poroase. Materialul poros de la bază încorporează și conductele perforate pentru aerare. Selectarea și amestecul inițial al materiilor prime supuse compostării sunt esențiale, deoarece trebuie să aibă o structură bună pentru a-și menține porozitatea pe întrega perioadă de compostare. Aceasta cerință generală este asigurată prin folosirea unui agent de menținere a densității, cum sunt paiele sau așchiile de lemn. Înălțimea inițială a grămezii statice aerată este de 1,5-2,5 m. În iarnă grămezile mai mari ajută la menținerea căldurii. Un strat de compost finisat acoperă grămada de compost. Lungimea grămezii statice aerate este limitată de distribuția aerului prin conductele de aerare. Pentru grămezile statice aerate amestecul materialelor depuse în grămadă este esențial deoarece grămada se formează o singură dată. Amestecarea grămezii se face cu ajutorul unui încărcător frontal de tip fadromă prin amestecare de câteva ori într-o altă grămadă și depunere apoi în grămada finală a materialelor amestecate. Se recomandă ca amestecarea și formarea grămezii să se facă pe o suprafață betonată.

Sistemul de compostare în (vas) container implică închiderea materialelor de compostare activă într-un container, clădire, etc. Sistemul în (vas) container are cel mai agresiv management și în general este cel cu investiția cea mai mare de capital, dar oferă cel mai bun control al procesului de compostare. Cele mai multe metode în container implică o varietate de sisteme de aerare fortată și tehnici de întoarcere mecanică conducând la intensificarea procesului de compostare. Unele sisteme de compostare în containere (un sac enorm) includ materialele de compostare fără întoarcere. Sistemul de compostare în containere mici care sunt instalate pentru folosirea timp de circa un an sunt accesibile pentru compostare într-o varietate de ferme ce generează materiale organice inclusiv păsări moarte și gunoi de grajd.(56)

Indiferent de metoda de compostare practicată, abilitatea grămezii de compostare de a se încălzi și a se menține la o temperatură ridicată este dependentă de 7 factori:

● compoziția fizică și biologică a materialelor supuse compostării;

● accesibilitatea elementelor nutritive, inclusiv a carbonului pentru microorganismele ce produc compostarea;

● nivelul umidității în materialele supuse compostării;

● structura grămezii (mărimea particulelor, textura și densitatea aparentă);

● rata de aerare în grămadă ori în șiră;

● mărimea grămezii de compostare;

● condițiile mediului ambiant (temperatură, vânt, umiditate, etc.).

Pentru realizarea unei stații de compostare este necesar să avem în vedere:

● panta terenului să fie între 2-4 %;

● panta terenului să fie către bazinul de colectare a scurgerilor lichide;

● terenul să fie pavat sub grămada de compostare;

● să existe suprafețe plane pentru stocarea materiilor prime, procesare, compostare, mutare, stocare, amestecare și comercializare a produsului final;

● păstrarea echipamentelor într-o locație convenabilă pentru procesul de compostare;

● construirea pereților de reținere pentru grămada de stocare;

● dezvoltarea unei perdele de protecție în jurul locului (gard din scândură, plante, arbuști, arbori);

● construcția unui gard și a unei porți de acces în stația de compostare;

● instalarea utilităților necesare în funcție de metodă și procese (un debit minim de 5 cm de apă, stocare și instrumente de construcții, oficii și laboratoare);

● obținerea permiselor necesare (acestea sunt obligatorii);

● descărcarea apelor, compostare, transport, aer, departamentul de sănătate.

8.8. Prezentarea unei metode de compostare

8.8.1. Materia primă pentru prepararea compostului

Toate produsele reziduale în stare solidă provenite din complexele zootehnice și fermă pot fi utilizate ca materie primă pentru compostare. Ele se vor composta împreună cu resturi vegetale tocate, raportul dintre acestea fiind în funcție de umiditatea produsului rezidual.

Fiecare tip de reziduu zootehnic are propriile caracteristici fizice, chimice și biologice. Gunoiul de la bovine și cabaline, atunci când este amestecat cu așternut are calități bune pentru compostare. Nămolul de porc, care este foarte umed și de obicei neamestecat cu așternut necesită amestecare cu paie sau alt material energetic.

Gunoiul de pasăre necesită de asemenea să fie amestecat cu materiale bogate în carbon, de preferat cu conținut mic de azot cum ar fi rumegușul și paiele. În general, descompunerea rapidă și temperaturile ridicate din timpul compostării produc produse libere de miros, ușor de manipulat, omogene și stabile biologic.(56)

Materialul energetic

Utilizarea unui material energetic în procesul de compostare are ca principal scop reducerea umidității produsului rezidual zootehnic și aerarea grămezii de compostare .

Ca material energetic se pot folosi paie, coceni de porumb, vreji de soia, fasole sau mazăre, tulpini de floarea soarelui, etc. tocate la dimensiuni de 2-5 cm astfel încât să se poată amesteca cât mai bine cu produsul rezidual, să aibă suprafața de contact cât mai mare, să aereze bine grămada. Unele materiale pot necesita un proces de sortare ori de măcinare. În grămada de compostare trebuie să intre toate resturile organice din fermă, ce nu își găsesc utilizare în hrana animalelor. Folosirea unor produse umede, furaje cu conținut ridicat de azot, mere, tescovină, și reziduuri de cartofi, poate cere aplicarea unui amendament din cenușa de lemn, zgură măcinată ori alte produse de amendare cu var pentru a crește pH-ul inițial al amestecului. Unele materiale ce trebuie compostate care au un conținut ridicat de carbonat de calciu ori conținut alcalin cum sunt unele așternuturi de la animale (taurine) acționează ca tampon la nivele coborâte de pH ale furajelor. Pentru realizarea unei umidități optime se determină umiditatea produsului rezidual zootehnic și a materialului energetic. Se calculează un amestec care să dea umiditatea optimă de 65% (cu variații de la 60 la 70 %). Pentru obținerea unui compost de calitate este necesar ca raportul produs rezidual: material energetic să fie de 3-9:1 la cantitatea brută.

Obținerea unui compost de calitate este dependentă de realizarea în grămada de compostare a unui raport C:N optim (20-40:1) care să favorizeze nu numai pornirea și desfășurarea fermentației în așa fel încât să se obțină o descompunere rapidă a materialelor supuse compostării, ci să se realizeze și o sinteză de materii humice, care constituie de fapt partea valoroasă a compostului.

Este strict necesar să se mențină o aerare corespunzătoare în grămadă, cu un conținut optim de oxigen pentru a asigura activitate biologică aerobă. Dacă aerația este insuficientă în orice etapă a procesului de compostare, se vor dezvolta condiții anaerobe și pH-ul va scădea până la aproximativ 4,5 deranjând procesul de compostare. În cele mai multe cazuri aerarea sau remanierea grămezii poate preveni condițiile anaerobe, pH-ul ajungând la valori aproape neutre. Adaosul de resturi vegetale asigură totodată și suportul fizic care să permită construirea de grămezi înalte (pentru economie de teren în stația de compostare și pentru a reduce influența factorilor climatici externi).

Cele mai bune rezultate s-au obținut prin folosirea ca material energetic a paielor tocate.

8.8.2. Biopreparate

În vederea intrării rapide în fermentație și a ridicării bruște a temperaturii peste 600C pentru a surprinde unii agenți patogeni în forma vegetativă este necesar să se trateze cu biopreparate.

Biopreparatele sunt culturi microbiene selecționate în acest scop și cuprind specii bacteriene din familia Enterobacteriacee, Pseudomonadaceae, Bacillaceae si Actinomicete, mezo și termofile.

Rezultate bune s-au obținut prin utilizarea unor culturi microbiene aparținând genurilor: Pseudomonas, Escherichia, Micrococcus, Bacillus și Streptomyces obținute pe medii de cultură sintetice. Rolul acestor culturi este și acela de a hidroliza rapid o parte din substraturi pregătind astfel condiții favorabile dezvoltării unor microorganisme active în procese fiziologice speciale cum ar fi: fixarea azotului, degradarea celulozei, etc. Pentru obținerea de substanțe humice se introduc și unele culturi de Arthrobacter sp. și Bacillus megaterium care devin active într-un stadiu mai avansat al compostării.

8.8.3. Obținerea maielei pentru inoculare

Culturile microbiene sunt trecute într-un macerat de urzică pregătit după metoda prezentată în cele ce urmează. Pentru pregătirea unei grămezi mame de 2 t se pune la macerat o cantitate de 10-15 kg urzică proaspătă (sau 1,5-2 kg urzică uscată) în 100 l apă curată.

Fermentarea se face la umbră, de preferință în butoaie de lemn sau material plastic. Se agită zilnic. După 4-5 zile soluția degajă un miros caracteristic indicând că este bună de folosit. Atunci se adaugă 10 l lapte degresat (sau zer sau lapte sintetic) și se lasă până a doua zi. În ziua următoare se diluează totul cu 100 l apă (volum total realizat =200 l), se introduc culturile bacteriene, inclusiv mediile de cultură agarizate și se agită circular, schimbând din când în când sensul girator, timp de o jumătate de oră.

8.8.4. Executarea grămezii mamă

Mărimea grămezii mamă este de 10-15% din greutatea grămezii de compostare. La cantități mai mici (sub 10 t) se poate practica așezarea manuală în straturi succesive a componentelor: materialul energetic 2/3, produsul rezidual 1/3 din greutatea totală a grămezii și maiaua. La cantități mai mari (peste 10 t) se folosesc benzi transportoare, maiaua fiind aplicată prin stropire cu ajutorul unei pompe cu furtun. Grămada mamă are forma prismatică cu lățimea la bază de circa 2 m, înălțimea de circa 2 m și lungimea după nevoi. Microorganismele introduse în grămadă încep să se dezvolte pe suprafețele resturilor vegetale, iar temperatura crește. Umiditatea trebuie astfel reglată încât să nu depășească 60%, în caz contrar grămada se remaniază și se adaugă cantități mici de apă sau material energetic uscat.

Remanierea se face, de obicei, după 3-4 zile, cu ajutorul unui încărcător hidraulic. Durata grămezii mamă este de 6-10 zile după care ea poate fi folosită pentru inocularea grămezii propriu-zise de compostare.

Cercetările au arătat că biopreparatele încorporate în grămada de compostare accelerează și mențin totodată la un nivel superior procesele vitale de descompunere și humificare a materiilor organice supuse compostării.

Dacă microorganismele termofile celulolitice și ligninolitice pot fi făcute să predomine, viteza de compostare este mai mare și temperatura mai înaltă, temperaturile peste 550C timp de 24 de ore ducând la o distrugere aproape completă a agenților patogeni.(56)

8.8.5. Executarea grămezii de compostare

Grămada de compostare propriu-zisă are forma unei șire cu o coamă teșită cu lățimea la bază de 3-6 m, înălțimea de 2-3 m și lungimea după nevoie și cuprinde un amestec cât mai omogen de reziduu zootehnic, material energetic și compost din grămada mamă.

Durata fermentării este de minimum 3 luni în sezonul cald și 4-5 luni în sezonul rece. În acest timp se practică remanieri din 30 în 30 de zile. Remanierea se execută cu mașina de pregătit compost pentru ciupercării, cu încărcător sau cu alt utilaj specializat.

De fiecare dată când se face remanierea se fac observații asupra nivelului de umiditate a materialului ce se compostează, asupra mersului biodegradării materialelor și în caz că umiditatea a scăzut sub 50 % se procedează la stropirea materialelor cu apă, de preferință apă uzată, până ce umiditatea ajunge la 60-70 %. La remaniere se va avea grijă ca materialul de la suprafața grămezii să ajungă în mijlocul grămezii iar cel din mijloc către suprafață. Mașina cu care se face remanierea trebuie să asigure o omogenizare cât mai bună a materialului supus compostării. Dacă sezonul este prea ploios se vor lua măsuri de acoperire a grămezilor pe coame pentru a se evita impregnarea cu apă și trecerea la compostarea anaerobă, care se recunoaște după dezvoltarea unei temperaturi inferioare (sub 500C) în masa compostului. Temperatura în masa compostului se ridică încă din primele zile la peste 55-600C și este permisă până la 700C. Dacă tinde să depășească acest plafon se umezește.

O umiditate prea ridicată poate conduce la condiții anaerobe în grămadă și aceasta va genera mirosuri neplăcute, întârzieri în încălzirea grămezii și scurgeri nedorite. Accesibilitatea carbonului în diferite materii prime este diferită, în funcție de suprafața de contact, determinată de mărimea particulelor și gradul de lignificare. Lignina datorită structurii sale complexe și varietății legăturilor chimice este rezistentă la descompunere. În consecință carbonul din așchii sau rumeguș este mai puțin accesibil decât cel din paie, chiar dacă raportul C:N este similar. Porozitatea este esențială, deoarece determină cît de mult aer va intra și difuza în grămadă. Porozitatea este în strânsă legătură cu umiditatea. O aprovizionare bună cu materiale energetice, precum și o creștere a volumului grămezii sunt importante, mai ales atunci când se compostează cantități mari de nămoluri umede. Densitatea aparentă inițială a grămezii nu trebuie să depășească 600 kg/m3. O densitate aparentă mai mare poate fi un semnal că amestecul este prea umed sau conține materiale prea dense ceea ce conduce la compactarea grămezii și la lipsa de aerare. Ca materiale folosite pentru afânarea grămezii se pot utiliza și așchiile de lemn, rumegușul ori surcelele de lemn, fânul, etc.

Un compost de calitate se obține în perioada martie–octombrie. Dacă se pornește, la compostare cel mai târziu la 1 octombrie, se execută o singura remaniere la 1 noiembrie (dacă vremea este bună, cu temperaturi peste 100C, apoi nu se mai remaniază datorită temperaturilor prea coborâte).(57)

Ultima fază a procesului de compostare, care diferă ca perioadă de la o metodă la alta în funcție de intensitatea metodei alese, o constituie definitivarea compostului sau maturarea acestuia.

Mirosurile pot fi minimizate prin pornirea compostării materialelor cât mai repede posibil și prin menținerea compostării în condiții aerobe.

Următoarele recomandări vor ajuta la minimizarea mirosurilor:

● recepționarea unor bune materiale pentru compostare și menținerea lor bine amestecate;

● stocarea materiilor prime pentru cel puțin unitatea de timp necesară pentru procesul de compostare;

● ținerea grămezii la o înălțime de circa 1,5 m;

● menținerea umidității în grămadă la circa 55%;

● remanierea grămezii de două ori pe săptămână;

● prevenirea procesului de băltire și stagnare a apei (locuri de activitate anaerobă);

● minimizarea prafului;

● păstrarea grămezilor de stocare acoperite și uscate;

Mirosurile pot fi controlate prin alegerea materiei prime sau prin acoperirea grămezii cu un material capabil să absoarbă aceste mirosuri. De exemplu, amplasarea la suprafața grămezii aerate de compostare a unui strat de compost finit sau a unui strat de turbă va permite captarea mirosurilor neplăcute. De asemenea, amestecul cu o mare cantitate de rumeguș, compost finit ori turbă va absorbi mirosurile venite de la alte ingrediente. Controlul mirosurilor se poate face mai ușor în unitățile ce folosesc aerarea forțată. Aerul exhaustat părăsește grămada și este direcționat într-un filtru de adsorbție a mirosurilor. Deseori o grămadă de compost finit sau o grămadă de turbă poate fi folosită ca filtru.(58)

8.8.6. Sitarea compostului

După încheierea perioadei de fermentare se execută o prelucrare finală care constă în eliminarea materialelor grosiere (fragmente de tulpini nedescompuse, materiale străine întâmplătoare, materiale inerte cum sunt cele de sticlă, plastic, metal, etc., materiale cu dimensiuni mari) prin cernere. Materialele organice eliminate pot fi trecute la compostare într-o altă grămadă. Înainte de cernere, uneori este nevoie de o umectare a compostului printr-o stropire fină pentru a reduce la minim degajarea prafului care ar putea să provoace neplăceri, să stânjenească operațiile potențiale, să descrească eficiența mașinilor sau să afecteze sănătatea operatorilor. Trebuie însă evitat excesul de apă ce ar putea conduce la reducerea eficienței sitării. Umiditatea optimă de sitare este între 35 și 45 % în funcție de tipul de sită folosit. În alegerea tipului de sită este necesar să se țină cont de: mărimea ochiurilor, capacitatea, costul, compatibilitatea cu echipamentele existente, eficiența în asigurarea nivelului dorit de separare și susceptibilitatea la blocare (astuparea ochilor sitei cu materialul de cernere). Sitele obișnuite au dimensiunile de 0,6 – 1,2 cm, în funcție de materialul ce trebuie sitat și folosirea compostului. Sitele cu dimensiuni mai mici au un risc mai mare de blocare.(59)

8.8.7. Stocarea compostului

Compostul astfel obținut se depozitează în grămezi mari și se acoperă pentru a fi ferit de umiditate sau uscăciune excesivă.

Stocarea este necesară pentru a armoniza timpul dintre momentul terminării compostării și momentul de folosire. Pentru fermele tipice perioada de stocare este de 3 sau mai multe luni. Stocarea se poate face în grămezi mai mari decât cele utilizate pentru compostare ori pentru maturare. Chiar și compostul finit care a fost produs și maturat în condiții bune mai are încă o slabă activitate biologică. Aceasta impune ca grămezile de stocare să nu fie ignorate și trebuie să se adopte un management care să evite recontaminarea, contaminarea cu buruieni și pericolul de foc.

Pentru evitarea autocombustiei este necesar ca grămada să nu depășească 3,5 m înălțime.

Evitarea contaminării cu agenți patogeni sau cu semințe de buruieni în timul stocării se poate face dacă se asigură protecția grămezii împotriva animalelor cum sunt păsările. Acest lucru poate fi realizat prin acoperirea grămezii cu materialele textile care să permită respirația în grămadă. În permanență se va monitoriza evoluția temperaturii în grămadă și dacă aceasta crește se va trece la remanierea grămezii. Toate spațiile de depozitare a compostului vor fi bine drenate, cu suprafața de scurgere canalizată în afara grămezii. Adăposturile deschise sunt ideale pentru păstrarea compostului.

Pentru păstrare timp îndelungat umiditatea redusă este cea mai indicată deoarece se reduc mult procesele biologice. Stocarea unui compost imatur fără aerare suficientă conduce la apariția de mirosuri neplăcute. Dacă se aplică la un mediu de creștere (ex. cuburi nutritive, substraturi de cultură, ghivece, etc.) compostul imatur va interfera cu creșterea plantelor prin imobilizarea azotului și producerea de toxicitate amoniacală ori producând deficiență de oxigen în solurile plantate.

Compostul ce urmează a fi folosit în ghivece trebuie să fie mai stabil decât cel ce este destinat amestecului cu solul. În timpul stocării umiditatea nu va depăși 45-50%, iar aceasta se va menține prin întoarcere, amestecare și adaosuri de lichide dacă este necesar. Dacă pentru însăcuire sau împrăștiere se solicită un compost cu umiditate redusă trebuie evitat adaosul de apă în timpul perioadei de definitivare (maturare). Înainte de folosire cu câteva săptămâni se recomandă să se restocheze compostul din grămada mare în grămezi mai mici. Aceasta permite să se stocheze compostul în condiții de aerare naturală și să se disipeze și compușii toxici ce pot fi prezenți.(58)

8.8.8. Însăcuirea compostului

Compostul însăcuit se vinde la un preț mai mare decât cel în vrac. Însăcuirea trebuie practicată numai când volumul vândut justifică cheltuielile făcute cu echipamentul de însăcuire și cu forța de muncă. Compostul va fi depus în box-paleți pentru stocare mai ușoară înainte de livrare și pentru transport. Însăcuirea necesită un compost foarte stabil, cu un conținut de apă de 40-45 %. Sitarea se va face prin sita de dimensiuni mai mici pentru compostul ce se însăcuiește.

Deoarece compostul respiră, se recomandă ca însăcuirea să se facă chiar înainte de trimiterea compostului.

8.8.9. Calitatea compostului

Compostul este considerat bun dacă are următoarele caracteristici:

● se prezintă ca un produs omogen de culoare brun închis sau negru;

● mirosul este de pământ reavăn fără alte mirosuri neplăcute;

● mărimea particulelor este mai mică de 1,2 cm;

● este un produs stabil (capabil să fie stocat pentru o perioadă rezonabilă de timp fără să își piardă eficiența ca amendament al solului);

● nu conține semințe viabile de buruieni;

● nu conține fitotoxine ori contaminanți vizibili;

● are pH-ul între 6,0 – 7,8.

Deși nu există standarde curente pentru aprecierea calității compostului, au fost folosiți mulți parametri convenționali, inclusiv următorii:

● pH 5,5 – 7,5;

● conținutul în materie organică;

● săruri solubile;

● umiditatea (35 – 55%);

● conținutul în elemente nutritive;

● mărimea particulelor (1 – 3 cm);

● capacitatea de înmagazinare a apei;

● densitatea aparentă (sub 600kg/m3);

● stabilitatea.

În general, compostul trebuie să fie bogat în materie organică, cu conținut redus de săruri solubile, să îndeplinească toate standardele ce reglementează utilizarea lui în agricultură, să nu conțină semințe de buruieni, să nu aibe miros respingător, să aibe pH-ul în zona neutră și să aibă umiditatea sub 50%.

8.8.10. Aprecierea momentului terminării compostării

Dacă după remaniere, temperatura în grămada de compostare nu mai crește se poate aprecia că procesul de compostare este încheiat și compostul poate merge la locul de depozitare unde se maturează. În acest timp activitatea biologică în grămadă a scăzut suficient pentru a permite păstrarea îndelungată în grămadă fără o manipulare semnificativă. Dacă procesul de compostare a fost condus corect materialul este liber de agenți patogeni și inofensiv. Timpul suplimentar adăugat prin procesul de maturare permite o mai bună stabilizare a materialului și descompunerea acizilor organici urât mirositori și a fitotoxinelor ce au putut fi generate în timpul compostării inițiale.

Grămezile cu compostare activă pot fi gata pentru trecere la maturare după 3 săptămâni.

Totuși cele mai multe recomandări sunt de 3 luni, și uneori mai mult. O atenție deosebită trebuie acordată descreșterii temperaturii în grămada activă și verificării dacă nu cumva acesta este rezultatul unor limitări cum ar fi umiditatea insuficientă sau excesivă. O metodă simplă de verificare a finalității procesului de compostare constă în recoltarea într-o pungă de plastic a unei probe de compost ce se apreciază că este gata pentru trimitere la maturare, umectarea ușoară a acesteia și păstrarea acestei probe închisă la temperatura camerei (20 – 300C).

Dacă după o săptămână, la deschiderea pungii, aceasta nu degajă miros neplăcut se poate considera că acest compost poate fi trimis la maturare. Maturarea este menținută atât cât este necesar pentru a atinge nivelul dorit de stabilitate a compostului. Aceasta poate dura de la câteva săptămâni la 8 luni sau mai mult.

Terminarea procesului util de compostare este marcat de apariția nitraților (în jur de 200 ppm) consecință a reactivării microflorei aerobe mineralizatoare a materiei humificate. Imediat după perioada de compostare activă, cea mai mare parte din azotul accesibil din compost este sub formă de amoniu. Deși multe plante horticole absorb azotul sub formă amoniacală, multe pot fi afectate de concentrațiile ridicate de amoniu. Cromatografia specifică reprezintă un alt test pentru stabilirea stadiului de compostare. Totuși determinarea raportului C:N rămâne în continuare un test care stabilește gradul de compostare.

Microfauna crește numeric după prima lună de compostare odată cu scăderea temperaturii. La începutul fermentării materialele din compostor sunt populate cu Amoeba limax, Cercobo agila, Amoeba gracila, Colpoda steini, Colpoda maupasi, Colpoda fastigata. După 3 luni acestea dispar fiind înlocuite de Bodo sp., Bodo augustus, Oicomonas termo, Cercobo longicauda, Vorticella microstoma, Colpoda inflata, Eonostomium affina, Vorticella putrina, acestea fiind un indice al terminării procesului de compostare. Se demonstreză că procesele respiratorii descresc pe măsura avansării compostării, fapt ce se corelează și cu evoluția numărului de bacterii. Asupra numărului de ciuperci microscopice (fungi) care crește spre sfârșitul stagiului de compostare trebuie să menționăm dificultățile de metodă care duc la falsificarea realității în anumite stadii de dezvoltare a fungilor.

Ciupercile microscopice având două stări sub care se prezintă (miceliu și spori) determină posibilitatea ca în plină expansiune vegetativă numărul de unități biologice să fie mic și totuși să reprezinte o biomasă puternic dezvoltată, iar în cazul unor condiții neprielnice de viață să producă spori, care în cazul numărătorii pe plăci cu mediu nutritiv să dea impresia unui număr mare de unități biologice, după numărul sporilor care germinează, dar care nu numai că reprezintă o biomasă infimă, dar se prezintă în același timp și inactivă din punct de vedere biologic. Din punct de vedere calitativ zonele bine aerate din grămada de compostare au fost populate cu specii de Arthrobacter cu pigment galben și cu actinomicete, lipsind în totalitate bacteriile intestinale și Pseudomonas aeruginosa cunoscută ca patogenă. Această dinamică a microflorei aerobe este normală și oglindește de fapt procesele de transformare a materiei organice.

Descompunerea materiei organice și formarea biomasei microbiene ca și sinteză simultană a substanțelor humice se produc cu intensitate descrescândă până la stabilirea unui echilibru dat de noua calitate a materiei organice – compost matur și finit.

Următoarele metode ar putea fi folosite pentru apecierea maturității compostării:

● consumul de oxigen, va avea valori mici în compostul matur;

● CO2 respirat, va avea valori mici în compostul matur;

● abilitatea de autoîncălzire, va fi coborâtă în compostul matur;

● potențialul redox, va avea o valoare mare a raportului oxidare/reducere;

● raportul NO3 / NH3 va avea valori mai mari de 1;

● testul humusului, va evidenția o proporție relativ ridicată a compușilor humusului cu greutate mică la mare;

● testul de creștere, semințele de creson (Lepidium sativum), orz, mazăre verde ori ridichi vor germina în compostul matur în timp normal și vor produce plante viguroase și sănătoase;

● testele de nitrat și amoniu, valorile nitraților nu vor fi mai mari decât 200 ppm, și nu se vor putea detecta valori semnificative ale amoniului în compostul matur.(32)

8.8.11. Caracteristicile compostului

În general amestecurile de compost au următoarele caracteristici:

● au caracteristici uniforme și predictibile (necesită cerințe specifice de aplicare);

● conțin ingrediente mult mai scumpe (cum sunt nutrienți specifici ori microelemente);

● conduc la un preț de vânzare mai ridicat.

Amestecarea este deseori aplicată pentru a îmbunătăți caracteristicile fizice și crește conținutul de materie organică a compostului vândut. S-au produs amestecuri de compost pentru pepiniere, terenuri de golf și amenajări peisagistice.

Caracteristicile biologice ale compostului.

Organismele patogene pot fi prezente în produsele supuse compostării ceea ce face ca însăși compostul să poată conține agenți patogeni și să constituie un risc pentru sănătate.

În sistemele de compostare bine conduse temperaturile cele mai mari sunt produse în stadiul inițial, cu descreșterea gradată a temperaturii spre sfârșit. Aceste temperaturi inițiale ridicate sunt de asemenea importante în asigurarea distrugerii tuturor agenților patogeni și degradării materialelor grosiere. Cei mai multi agenți patogeni sunt omorâți în mai puțin de 3 zile când sunt introduși în compost. Urmărind influența compostării asupra microorganismelor patogene s-a ajuns la următoarele concluzii:

● reacțiile termice împreună cu procesele biologice petrecute în reziduul zootehnic în timpul prelucrării lui prin compostare duc la o diminuare temporară sau definitivă a numărului total de bacterii aerobe mezofile, distrugerea într-un timp scurt (până la 7 zile) a salmonelelor și într-un interval mai lung (până la 60 zile) a lui Escherichia coli, fără a influența sensibil Clostridium perfringens și numărul probabil de bacterii coliforme;

● procesul de compostare, deși nu are efect sterilizant pentru toate bacteriile potențial patogene, poate fi totuși considerat ca una dintre cele mai eficiente metode de decontaminare a produselor reziduale destinate fertilizării solului.

Rareori agenții patogeni umani sunt o grijă deosebită pentru reziduurile generate în fermă. Totuși specii de Giardia și Cryptosporidium parvum au fost raportate în complexele zootehnice. Acestea sunt protozoare care pot cauza diareea la om și animale, în special la cei cu un sistem imunitar scăzut. Protozoarele sunt transmise de la animalele infectate ca cisti dorminzi în materiile fecale. Cistii persistă în mediul ambiant chiar în condiții de mediu adverse. Complexele pot fi infectate cu acești paraziți prin ingerarea hranei ori a apei contaminate cu fecalele provenite de la animalele infectate, domestice sau sălbatice. Animalele tinere sunt mai susceptibile la infecție datorită practicilor curente de management care grupează animalele tinere în țarcuri. Totodată ele prezintă mai greu semnele clinice ale infecției. Când animalele au diaree datorită protozoarelor gunoiul are un mare număr de cisti de protozoare.

Animalele care nu prezintă semne de infecție pot transporta protozoarele și depune cistii în fecalele lor. Aceste protozoare sunt distruse prin expunere la temperaturi de 600C în 30 minute. În timp ce temperatura în grămada de compostare poate depăși 600C, în materialul de la suprafața grămezii acest lucru nu se întâmplă. Întoarcerea (remanierea) grămezii îmbunătățește potențialul pentru că expunerea protozoarelor la temperaturi sub 600C pentru câteva zile conduce la moartea acestor organisme.

Cercetările efectuate au arătat că prin compostarea dirijată a nămolului de porc se asigură distrugerea tuturor germenilor patogeni, microbieni și parazitari, în condițiile realizării și menținerii temperaturii de 600C timp de o lună. Menținerea timp de 6 zile a unor temperaturi de peste 600C conduce la inactivarea virușilor din compost.

Testele efectuate pentru urmărirea viabilității ouălor de Ascaris au arătat inhibarea evoluției acestora și chiar distrugerea dacă s-au realizat temperaturi de 50-600C timp de 30 zile. În ceea ce privește calitatea biologică, compostul realizat prin fermentare dirijată este superior celui obținut prin fermentație spontană. Compostul realizat prin fermentație dirijată cu biopreparate reprezintă și o soluție practică pentru evitarea poluării solului, aerului și apelor, prin înlăturarea efectelor negative: miros, focar de răspândire a agenților patogeni pentru om și animale, datorită acumulării sau folosirii directe pe sol a nămolului.(31)

Caracteristicile chimice ale compostului

Compoziția chimică a compostului este în funcție de compoziția chimică a materialelor supuse compostării, raportul dintre aceste materiale și modul de desfășurare a procesului de compostare.

Cercetările efectuate au arătat că un compost obținut din dejecții de pasăre a avut un conținut de azot total de 6,2%, iar cantitatea de azot organic mineralizat a fost între 33,7% și 39,3%. Pentru alte tipuri de compost cantitatea de N organic mineralizat într-un ciclu experimental de 150 zile variază între 12 și 15%. Cuplarea acestei informații cu faptul că în compost există 0,04% azot accesibil (tot ca nitrat) și 0,8% azot organic, sugerează că acest produs nu constituie o sursă abundentă de azot.

Pentru aprecierea calității compostului s-au stabilit limitele de încărcare cu metale grele care pot fi folosite ca specificații pentru piață pentru orice compost sau amendament de sol destinat folosirii publice. Dacă concentrațiile de metale din compost nu depășesc aceste limite compostul este apreciat ca fiind de calitate ridicată.

Tabel nr. 16

Caracteristicile chimice ale compostului

Conform prevederilor UE, trebuie să fie satisfăcute următoarele cerințe de igienă în cea ce privește calitatea compostului din punct de vedere microbiologic: Salmonella sp., nu trebuie să fie prezentă în 50 g de compost iar Clostridium perfringens nu trebuie să apară în 1 g compost.

8.8.12. Valorificarea compostului

Compostul este gata de a fi folosit dacă temperatura din masa de compostare se stabilizează aproape de cea a mediului ambiant și concentrația de oxigen din mijlocul grămezii rămâne la valori peste 5% pentru câteva zile. Aceste măsurători trebuie făcute când masa de compost are umiditatea cel mult 50% și suficient volum pentru ca încălzirea să poată apărea. Pentru a se putea aplica culturilor, în timpul sezonului de creștere, compostul trebuie să fie descompus corespunzător. Materia organică cu un raport C:N ridicat intră în competiție cu rădăcinile plantelor pentru azotul accesibil din sol.

Microorganismele care mineralizează carbonul din materia organică au o afinitate mai mare pentru azot decât rădăcinile plantelor. Acesta poate fi mai dăunător când se aplică, în jurul plantelor tinere, plantelor ce au fost recent transplantate, ori asupra semințelor ce au germinat recent. Plantele crescute în soluri ori vase de ghivece ce au fost amendate cu material impropriu compostat se opresc din creștere iar butonii florali devin în general mai galbeni și mor. Problema poate fi corectată uneori prin aplicarea suplimentară de îngrășăminte cu azot în momentul aplicării compostului, simptomele trecând deseori neobservate până ce plantele rămân pipernicite. Tratarea problemei după apariția simptomelor este în general prea târzie.

Compostul are un conținut ridicat de materie organică și ajută la refacerea multor proprietăți ale solului care s-au pierdut sau deteriorat în timpul folosirii. Deși compostul nu este considerat un fertilizant el conține elemente nutritive ce îmbunătățesc creșterea plantelor. Când se folosește în combinație cu fertilizanții, compostul acționează ca un fertilizant ce asigură plantelor elementele nutritive necesare pentru o perioadă de timp mai lungă decât prin aplicarea fertilizanților singuri.(12)

Principalele efecte benefice ale compostului sunt:

● îmbunătățirea creșterii plantelor și a rădăcinilor, s-a constatat că acolo unde compostul ia parte la formarea mediului de cultură plantele cresc mai puternic și au o producție mai ridicată. Compostul aduce nu numai materie organică și elemente nutritive ci și microelementele esențiale necesare creșterii plantelor;

● reduce viteza de cedare a elementelor nutritive, compostul leagă elementele nutritive, asigurând cedarea și utilizarea lor într-o perioadă mai lungă de timp. Fixarea elementelor nutritive reduce spălarea lor către apa freatică și de suprafață în timpul ploilor;

● îmbunătățește porozitatea solului, activitatea microbiologică este esențială pentru solurile fertile. Microorganismele descompun materia organică și pun la dispoziția plantelor elementele nutritive necesare dar acest lucru se petrece mai bine în solurile poroase, aerate. Aportul ridicat de materie organică conduce la creșterea porozității solului;

● îmbunătățește capacitatea de înmagazinare pentru apă, atât prin creșterea porozității solului cât și prin capacitatea compostului de a absorbi apa;

● îmbunătățește rezistența solului la eroziunea prin apă și vânt prin ameliorarea caracteristicilor fizice ale solului și creșterea mai rapidă a plantelor datorită accesibilității apei și elementelor nutritive. Acoperirea mai rapidă a terenului reduce eroziunea solului prin apă și vânt;

● reduce bolile plantelor, s-a demonstrat că aplicarea compostului inhibă incidența bolilor plantelor. S-a crescut orz (Hordeum vulgare var. Leger), trifoi (Trifolium repens var White Dutch) și canola (Brassica napus var.argentine) pe nisip amendat cu 4 tipuri de materiale organice și fertilizanți minerali timp de 6 săptămâni în casa de vegetație pentru a evalua performanțele acestor amendamente organice cu privire la creșterea și sănătatea plantelor. Cele 9 tratamente testate includ brichete de lucernă rehidratată, aplicată în 4 doze (10 %, 30%, 50% și 100% din volum), compost din lucernă, compost din gunoi de taurine și gunoi de taurine necompostat folosit ca standard 30% doza de amendare. S-au observat diferențe semnificative în germinarea semințelor, creșterea în înălțime și producția de biomasă pentru cele trei specii.(11)

Folosirea amendamentului din compost a îmbunătățit sănătatea plantelor și producția de biomasă (cu 317 % la 4970 %, în funcție de specie) comparativ cu nisipul netratat și a dat producții similare sau mai bune decât aplicarea regulată de fertilizanți organici.

Plantele crescute pe compost apar viguroase și prezintă numai simptome minime de stres de săruri și elemente nutritive.

Rezultatele unei anchete au arătat că în Canada 59,2 % dintre utilizatorii de compost îl folosesc în grădini, cei care au pepiniere îl folosesc în proporție de 52,4%, iar cei ce amenajează peisajul în proporție de 35,7%; 35,7% din utilizatori îl folosesc în 2 sau mai multe direcții.

Tabelul nr. 17

Utilizările unor produse din compost

Tabelul nr. 18

Granulațiile compostului

Tabelul nr. 19

Clasificarea composturilor în funcție de conținutul lor în substanțe nutritive

Domenii potențiale de utilizare a compostului:

● agricultura: cultura terenurilor arabile, agricultura verde, culturi de viță de vie și pomi fructiferi;

● culturi de grădină: culturi de legume, culturi de plante ornamentale, pepiniere;

● construcții peisagere, inclusiv construcții de terenuri de sport și spații noi: spații noi în zona construirii de orașe și străzi, spații publice verzi, plantații de arbuști și copaci, înverzirea taluzului;

● plantații verzi care însoțesc străzile;

● construirea terenurilor de sport;

● recultivarea rampelor de depozitare, a haldelor, a locurilor construcțiilor temporare, a zonelor industriale;

● exploatarea forestieră;

● grădini particulare.(57)

CAPITOLUL 9

TRATAREA BIOLOGICĂ A DEȘEURILOR BIODEGRADABILE ÎN INSTALAȚII DE BIOGAZ

MICROORGANISME IMPLICATE ÎN OBȚINEREA BIOGAZULUI ȘI FACTORII CARE INFLUENȚEAZĂ PROCESUL DE METANOGENEZĂ

Prin termenul de biogaz, acceptat pe plan internațional, se înțelege produsul gazos ce rezultă în cursul fermentării anaerobe (în lipsa aerului) a materiilor organice de diferite proveniențe. Biogazul este un amestec de gaze. Principalele gaze care îl compun sunt metanul și dioxidul de carbon, ambele în proporții variabile. În cantități foarte mici se mai găsesc în biogaz, hidrogen sulfurat, azot, oxid de carbon, oxigen. Valoarea energetică a biogazului este dată de conținutul de metan al acestuia.(55)

Formarea de gaze combustibile, prin descompunerea substanțelor organice umede în medii lipsite de oxigen molecular, este un proces care se produce în mod natural pe Terra. Metanul este constituentul lor principal. Așa s-au format în sedimentele din adâncul pământului gazele naturale, pe seama plantelor și animalelor preistorice.

Primele explicații științifice privitoare la geneza gazelor combustibile apar spre sfârșitul secolului al XVII-lea, perioadă în care se descoperă atât chimia modernă cât și una din ramurile ei de bază, chimia gazelor. Volta este acela care a extras pentru prima dată hidrocarbura metan din gazele colectate din mlaștini.

Agenții fermentării anaerobe ai celulozei la temperaturi mezofile (20 – 45°C) au fost cercetați de Söhngen, Hoppe-Seyler și Omelianski. Ultimul a stabilit în 1899 că la acest proces participă 2 specii de bacterii. Printre produșii de fermentație ai celulozei una dintre ele formează cantități importante de metan, Bacillus cellulosae methanicus, iar cealaltă, cantități importante de hidrogen, Bacillus cellulosae hydrogenicus. Ulterior aceste specii au fost reunite sub denumirea comună de Methanobacterium omelianski.

De îndată ce oamenii au constatat că celuloza poate fi descompusă până la metan de către bacterii, au întrezărit posibilitatea obținerii de energie în regim controlat din biomasă (materiale vegetale și reziduale).

Până la al II-lea război mondial fermentarea anaerobă controlată s-a extins, aproape în exclusivitate, în stațiile de epurare ale orașelor mari din Europa și America. Producerea și folosirea biogazului a fost neglijată, majoritatea stațiilor nefiind dotate cu sisteme de captare a acestuia.

Materia organică moartă înmagazinează energie solară convertită în energie chimică, în componentele fotosintetizate de plantele din care a provenit. O cantitate apreciabilă din energia solară, acumulată de plante, este stocată în celuloză.

Celuloza este principala componentă a materiei organice din care rezultă metan prin bioconversie. Conținutul în celuloză, raportat la substanță uscată, este de 35-50% în produsele secundare din agricultură. Cantități mai mari de celuloză se găsesc în gunoaiele provenite de la animalele crescute pe așternut.

Alte surse de biomasă, care pot fi convertite în biogaz, sunt reprezentate de biomasele foarte hidratate. Într-o clasificare a biomaselor, în raport cu problemele de energie, cercetătorii au inclus în grupa biomaselor foarte hidratate, plantele acvatice și algele. Acestea au un conținut în apă în jur de 95%.

Caracteristic pentru culturile energetice foarte hidratate este capacitatea extrem de mare de a-și multiplica biomasa, într-un timp relativ scurt, ceea ce creează o disponibilitate de materie organică ce poate fi folosită în filiera de metanizare.

Dintre plantele acvatice, cea mai cunoscută este zambila de apă (Eichhornia crassipes). Aceasta crește spontan în lacurile din ținuturile tropicale din Africa și America de Sud. Alte asemenea plante sunt: pistia, azola, iarba de mare, alga brună și laminaria, care crește aproape 50 cm pe zi.

În prezent există 7 procedee principale de recuperare a energiei din reziduurile organice agricole: fermentarea anaerobă la temperatura mediului ambiant, fermentarea anaerobă la temperatură ridicată, descompunerea anaerobă termofilă, distilarea destructivă, compostarea, incinerarea și transferul de căldură. Dintre aceste procedee, fermentarea anaerobă prezintă potențialul cel mai ridicat de recuperare a energiei.(56)

Prin fermentare anaerobă, microorganismele descompun materia organică, eliberând o serie de metaboliți conținând în principal bioxid de carbon și metan constituindu-se astfel biogazul. Drept combustibil este folosit fie direct, fie numai metanul purificat.

Dintre componentele chimice ale materiei organice, grade mai ridicate de conversie în biogaz prezintă celulozele, hemicelulozele și grăsimile.

Fermentarea anaerobă, folosită pentru producerea și captarea biogazului, este un proces dirijat de descompunere a materiei organice umede, în condiții controlate de mediu, în absența oxigenului molecular și a luminii.

În această fază acționează microorganisme fermentative nespecializate, cu capacitate de producere de acizi organici. Ele sunt bacterii celulozice, lactice, acetice, sulfat-reducătoare și denitrificatoare, etc., precum și numeroase specii de ciuperci și unele drojdii.

În faza metanogenă acționează bacteriile metanogene, anaerobe, specializate în producerea de metan. În acestă fază se mai întâlnesc și urme de hidrogen, hidrogen sulfurat, mercaptani, vapori de apă, amoniac, azot, indol și scatol.

Hidrogenul și bioxidul de carbon reprezintă un substrat caracteristic pentru metanogeneză. Majoritatea metanobacteriilor folosesc ca substrat numai hidrogenul și bioxidul de carbon. Metanul se formează prin reducerea bioxidului de carbon și oxidarea hidrogenului gazos (H+) de către metanobacteriile care folosesc hidrogenul:

CO2 + 4H2O ® CH4 + 2H2O + energie

Bacteriile metanogene sunt foarte variate în privința însușirilor morfologice, dar unitare din punct de vedere biochimic și fiziologic. Sunt singurele microorganisme care au o respirație strict anaerobă și capacitatea de a produce metan prin procese metabolice. Ca forme de viață dintre cele mai vechi de pe Terra, bacteriile metanogene au fost incluse în regnul Archaebacteria.(55)

Metanul este componenta care conferă valoare energetică biogazului. În stare pură metanul este un gaz combustibil lipsit de culoare, miros sau gust, mai ușor decât aerul, arde cu o flacără albăstruie și are o putere calorică de 37 MJ/ml, puțin mai ridicată decât a motorinei. Biogazul comparativ cu metanul pur are o putere calorică de 25 MJ/ml, din cauza bioxidului de carbon cu care e în amestec.

Stocarea biogazului, chiar pentru intervale mici de timp, face parte din instalația de fermentare anaerobă. Întrucât metanul nu se lichefiază la temperatura ambiantă, indiferent de presiunea folosită, el se păstrează la presiuni joase în containere cu volum mare sau la presiuni ridicate, volume mici. De exemplu o butelie de 0,1 ml conține la presiunea de 200 bari 28 ml biogaz, cu care un tractor greu poate funcționa 8 ore.

Deșeurile menajere ce se găsesc în rampele de depozitare controlată suferă în timp reacții fizico-chimice de descompunere cât și reacții de degradare biologică a materiilor organice din deșeuri atât pe cale anaerobă cât și pe cale aerobă, ce vor duce în final la formarea lixiviantelor cât și a eliberării gazului metan. Reziduurile menajere din rampele de depozitare controlată sunt sediul unei activități microbiene intense a cărei consecințe o constituie transformarea materiilor organice în produse gazoase, biogaz prin fermentare aerobă și anaerobă. Producția de biogaz prezintă două optime: unul în jur de 30-400C și altul în jur de 50-600C. Compoziția biogazului variază de la o rampă de depozitare la alta în funcție de natura reziduurilor menajere și de gradul de descompunere al acestora. În medie, conținutul de gaz metan al biogazului rezultat în urma depozitării controlate a reziduurilor menajere este cuprins între 45-65%.

În Franța, potențialul anual de biogaz recuperabil este estimat la 200.000+300.000 TEP (tone echivalent petrol) în condițiile luării în considerare a 10 până la 20 rampe de depozitare controlată. Se consideră că 1 m3 de biogaz (60% CH4 și 40% CO2) este echivalentul energetic la 0,74 kg de huilă, 2,24 kg de lemn, 0,53m3 de gaz natural și 0,581 dm3 de păcură.

Se estimează că 1 tonă de deșeuri menajere produce între 140 și 180 m3 de biogaz. Acest biogaz este obținut în medie în 5 ani de descompunere a reziduurilor ce se găsesc în rampele de depozitare controlată. Recuperarea gazului metan din gropile de gunoi, depinde de creșterea și de scăderea prețului combustibilului fosil. Deoarece reglementările prevăd necesitatea existenței echipamentelor de control a gazului emis, costurile pentru recuperarea gazului în scopul folosirii lui ca sursă de energie vor scădea, devenind astfel viabilă recuperarea din punct de vedere economic.(56)

Prima rețea completă de recuperare a biogazului de la rampele de depozitare controlată a fost realizată de Gaz de France în localitatea Vert Le Grande (Essone) în 1980. La finele lui 1983-două alte rampe de depozitare controlată au fost echipate de asemenea cu rețele complete de recuperare a biogazului în localitatea Ville Parisis în apropiere de Paris. Din 1985, biogazul colectat de la gropile de gunoi este trimis spre centralele termice locuite cu condiția ca acestea să se găsescă în apropierea rampelor de depozitare controlată.

În S.U.A. din anii 1980 s-a dezvoltat metoda injectării biogazului obținut, într-o rețea de utilizare a gazului natural. Această metodă are avantajul că elimină o parte din dezavantajele biogazului obținut și în special faptul că biogazul este un combustibil cu randament scăzut (creșterea randamentului realizându-se prin eliminarea parțială sau totală a bioxidului de carbon). Astfel se poate concluziona faptul că recuperarea biogazului de la rampele de depozitare controlată a deșeurilor menajere nu reprezintă un factor major în proporția facturii energetice a unei țări însă constituie o sursă deloc neglijabilă.

Biogazul este un produs al fermentării anaerobe a produselor organice. El se produce pe cale naturală pe fundul bălților și lacurilor, ieșind la suprafață sub formă de bășicuțe. Este cunoscut de multă vreme sub denumirea de gaz de baltă sau gaz de gunoaie (se produce și în timpul fermentării gunoaielor. Constituie o metodă aplicată cu succes în câteva țări cu populații mari din Asia (se apreciază că în China sunt peste 10 milioane de astfel de instalații, în regiunile rurale aceste instalații asigurând peste 80% din producția de energie necesară.

Tehnologiile biologice de producere a gazelor combustibile folosite în prezent în multe țări de pe glob tind să dezvolte acțiunea unor microorganisme cu scopul de a se obține o biomasă bogată convertibilă în metan.(17)

9.1. Aspecte microbiologice ale metanogenezei

Prin metanogeneză se înțelege procesul microbiologic complex prin care materiile prime diferite (substratul) sunt convertite în biogaz și în nămol fertilizant. Rolul final al acestui proces îl au bacteriile metanogene, reprezentate prin numeroase specii, dar ele nu sunt singurele care participă la producerea biogazului.

Bacteriile metanogene își desfășoară activitatea în condiții strict anaerobe, adică în lipsa totală a aerului respectiv a oxigenului din aer. Bacteriile metanogene se găsesc în natură, mlaștini, în adâncurile oceanelor și în sistemul digestiv al animalelor, îndeosebi a rumegătoarelor. Pentru dezvoltarea și înmulțirea lor sunt necesare câteva condiții și anume: absența oxigenului, umiditatea care trebuie să fie peste 50%, un volum suficient de mare pentru desfășurarea activității, prezența azotului pentru construcția celulei bacteriene, mediu neutru sau slab alcalin, având pH7,0-7,6, temperatură de peste 30C, absența luminii.

Biogazul se obține în cadrul unei biotehnologii, prin fermentarea diferitelor materii prime cu conținut de substanțe organice fundamentale ca protide, lipide, glucide.(43)

Transformarea biomasei, de diferite proveniențe, în biogaz, se caracterizează prin patru trepte caracteristice. Astfel, întregul proces constă în fracționarea, de la o treaptă la alta, a moleculelor complexe care există în materiile prime utilizate la obținerea biogazului, în molecule din ce în ce mai simple.

În treapta 1-a, enzimele secretate de grupe ale unor microorganisme aerobe sau facultativ anaerobe, numite exofermenți, atacă macromoleculele ca celuloza, amidonul, pectina, hemicelulozele, grăsimile, proteinele și acizii nucleici și le transformă în compuși cu molecule mai mici cum sunt diferitele tipuri de zaharuri ca celobioza, zaharoza, maltoza, apoi în acizi ca acid galacturonic, acizi grași, aminoacizi, respectiv în baze ca acidul fosfogliceric, purine, pirimidine.

În treapta a 2-a produsele treptei precedente sunt supuse fermentației în urma căreia se vor obține compuși cu molecule și mai simple. În acești compuși se numără acizii carboxilici: formic, acetic, propionic, butiric, valerianic, lactic, malic, etc. În urma fermentației care se realizează în această treaptă, rezultă și gaze și anume hidrogen, dioxid de carbon, amoniac, hidrogen sulfurat precum și diferiți alcooli ca metilic, etilic, propilic, butandiol, etc.

În treapta a 3-a, strict anaerobă, se formează compuși metanogeni din moleculele mai mari ale treptei precedente. Rezultă, din nou, acid acetic, hidrogen, bicarbonați, acid formic și metanol.

În treapta a 4-a se formează metan și dioxid de carbon, componenții principali ai biogazului, în care se vor găsi, în proporție mică gazele rezultate în treapta a doua: hidrogenul sulfurat și amoniacul.

De asemenea prezența a numeroși acizi este rezultatul activității grupei bacteriilor acidogene, care lucrează bine la un pH mai scăzut. În treapta a treia și mai ales a patra, sarcina trece în seama bacteriilor metanogene pentru care pH-ul optim este cuprins între 7,0-7,6.

Aceste populații de microorganisme trebuie însă să coexiste în același spațiu de fermentare cu toate că ele se deranjează reciproc sub raportul acidității optime de funcționare. În majoritatea procedeelor clasice de obținere a biogazului una din problemele delicate o reprezintă tocmai menținerea unei acidități controlate astfel încât să permită ambelor populații de microorganisme să lucreze chiar dacă nu la randamentele maxime.

Dacă bacteriile acidogene nu sunt prea sensibile la variații de temperatură, cele metanogene sunt foarte sensibile la aceste variații, atât cele care lucrează în regim mezofil (temperatura de 350C), cât și cele care lucrează în domeniul termofil, cu temperatura caracteristică 550C.

9.2. Materiile prime pentru obținerea biogazului

Ca principal factor care determină producția de biogaz, materia primă necesită o atenție deosebită. Astfel se ia în calcul problema producerii biogazului cu un excedent energetic semnificativ față de autoconsumul energetic adică față de biogazul necesar nevoilor termice proprii ale sistemului de producere a lui. Astfel materia primă care poate produce un excedent de biogaz față de autoconsum trebuie să prezinte o încărcare organică de cel puțin 2000 mg/dm3 CBO5. Sub această limită, instalația de biogaz rămâne o treaptă de epurare anaerobă pentru apa reziduală cu care este alimentată și nu va produce un exces semnificativ de biogaz. Condiția energetică prezentată mai sus o îndeplinesc toate nămolurile provenite din stațiile de epurare a apelor reziduale orășenești, nămolurile din apele uzate din zootehnie, toate tipurile de dejecții, dar și unele ape reziduale.(20)

Tabel nr. 20

Materii prime utilizate la obținerea biogazului

Pentru producerea biogazului pot fi utilizate următoarele deșeuri agricole:

● paie de grâu, orz, ovăz, orez, secară, rapiță;

● lujeri, vrejuri de cartofi, soia, fasole, roșii, mac;

● coceni de porumb;

● frunze de sfeclă de zahăr;

● frunze verzi sau uscate din copaci;

● iarbă verde sau uscată;

● buruieni;

● lucernă verde sau uscată;

● tulpini de in;

● pleavă de la diferite cereale și de orez;

● alge;

● trestie de zahăr;

● semințe diferite, coji de alune;

● rumeguș.

Resurse din industria alimentară: resursele de materii prime pentru obținerea biogazului provenite din industria alimentară sunt extrem de diverse deoarece rezultă din diferite tehnologii alimentare sau chiar din anumite faze tehnologice.

Astfel deșeurile din industria laptelui conțin componente caracteristice laptelui adică proteine, glucide (lactoză), lipide. Acestea apar sub formă relativ diluată în efluentul total uzat al fabricilor sau apar în diferite faze de fabricație din care pot fi dirijate direct spre producția de biogaz. Un exemplu concludent este zerul rezultat de la fabricarea brânzeturilor, care prezintă un potențial metanogen ridicat.

În ceea ce privește industria cărnii, materia primă pentru obținerea biogazului rezultă din activitatea de abatorizare prin sângele nevalorificat ca atare sau în alte preparate, prin conținutul stomacal al animalelor sacrificate, prin deșeurile grase de la topitorii de grăsime, prelucrarea intestinelor, eviscerările de la abatoarele de păsări, etc. Pentru ca obținerea de biogaz să fie cât mai eficientă este indicat ca deșeurile de abator și de la prelucrarea cărnii să fie recoltate separat de apele de spălare, cu care nu trebuie să se amestece.(17)

Apele reziduale din industria peștelui prezintă o încărcare organică foarte mare și astfel aceste ape pot constitui ca atare o materie primă bună pentru producerea biogazului. În schimb, apele reziduale provenite de la fermele piscicole sau de la întreprinderile piscicole au încărcări mici care se situează sub baremul energetic de prelucrare în biogaz.

Apele uzate rezultate de la fabricarea drojdiei sunt foarte încărcate cu substanțe organice, care se găsesc, în cea mai mare parte, în stare dizolvată, sub formă de dextrine, zaharuri, rășini, acizi organici și suspensii reprezentate de resturi de drojdii.

Deși foarte poluante, apele reziduale de la fabricarea uleiului nu sunt utilizate curent la producerea biogazului deoarece apele conțin o concentrație ridicată de sulfați care au o acțiune inhibitoare asupra bacteriilor metanogene și deci acestea nu se pot dezvolta.

Apele provenite din industria conservelor de legume și fructe sunt puțin încărcate organic și astfel nu prezintă interes din punctul de vedere al obținerii biogazului.

Resurse din așezări umane. Așezările umane se tratează din punctul de vedere al apelor reziduale, care sunt purtătoare ale potențialului metanogen al așezării. Apele uzate orășenești nu trebuie să aibă o încărcare organică mai mare de 300 mg/dm3 CBO5 în condițiile în care se respectă actul normativ care reglementează limitele de încărcări ale acestor ape. Din bilanțul energetic al instalațiilor de biogaz rezultă că încărcarea minimă în CBO5 a substratului supus fermentării trebuie să fie de 2000 mg/dm3. Din această cauză apele uzate orășenești sunt supuse inițial unei decantări fizice prin care se separă nămolul ce va fi introdus în fermentatoarele de biogaz.

9.3. Condițiile biologice și biochimice în procesele/procedeele anaerobe

Mecanismul de reacție

La fermentație (un proces anaerob care se produce în absența oxigenului din aer) se descompune substanța organică într-un recipient închis (reactor). Ca produse de descompunere se obțin gazul metan (CH4) și dioxidul de carbon (CO2).

În condiții anaerobe, substanța organică este descompusă după următoarea ecuație chimică:

CnHaOb + (n×a/4 – b/2)H2O → (n/2 – a/8 + b/4) + (n/2 + a/8 – b/4)CH4

Din punct de vedere biochimic, microorganismele regenerează purtătorii de energie în cadrul metabolismului lor, prin oxidarea carbonului legat organic (CnHaOb) până la CO2.

O parte a carbonului legat organic trebuie să accepte electroni eliberați în procesul de oxidare, deoarece O2 ca acceptor de electroni nu este disponibil. Carbonul redus se combină apoi cu hidrogenul (CH4), formându-se gazul metan.

În general, descompunerea anaerobă a substanței organice trebuie considerată ca fiind un proces metabolic complicat. În etapele succesive de descompunere, grupuri de organisme specializate sunt active dacă dispun de un echipament enzimatic suficient.

Aceste organisme necesită condiții de mediu constante și o mare stabilitate de proces, care trebuie realizate printr-un efort tehnologic corespunzător, dacă se dorește obținerea unei cantități mari de gaz.

În procesul anaerob, cantitatea de energie a microorganismelor

pe unitatea cantitativă este relativ redusă. Motivul este că se obține ca produs metabolic un gaz cu un conținut ridicat de energie, cum este CH4. Pentru acoperirea necesarului lor de energie, organismele trebuie să aibă o rată mare de descompunere. Această performanță (de descompunere crescută) este caracteristică pentru procesul de fermentație.

Reacția de descompunere pe cale anaerobă a deșeurilor urbane:

Materie organică + H2O = celule noi + CO2 + CH4 + NH3 + H2S = METAN, conduce la producerea metanului, a deșeurilor de noroi, a dioxidului de carbon și a unor cantități mici de amoniac și sulfat de hidrogen.

În funcție de compoziția reziduurilor, prin amestecarea lor cu mâluri de la bazinele de decantare pentru epurarea apelor menajere, se pot obține 400–600 m3 N de biogaz la 1 t de acest amestec, cu o putere calorifică de 2500–4500 kcal/ m3 N. Biogazul obținut prin descompunerea pe cale aerobă a deșeurilor conține 50–90% gaz metan (CH4), 10–40% CO2 și 0–0,1 %H2S și are o compoziție comparabilă cu a gazului metan brut.

Folosindu-se această metodă, reziduurile pot fi valorificate în totalitate, practic devenind o sursă de materii prime a unei ramuri noi de producere a energiei, deoarece după terminarea fermentării rezultă un produs care în cazul arderii are o putere calorifică de 2500– 3500 kcal/kg, superioară ligniților inferiori folosiți în cea mai mare parte în centralele electrice din țară. Acest produs obținut în instalații care sunt ușor de construit/ executat, prin valorificarea reziduurilor menajere împreună cu cele stradale și apele uzate provenite din gospodării, poate fi folosit sub formă de brichete sau sub formă de praf. Este un foarte bun îngrășământ pentru agricultură, fiind biodegradabil și nu poluează solul, apele freatice și pe cele de suprafață.

Deșeurile de noroi produse pot fi uscate pentru a se obține un pământ cu calități deosebite sau un filtru asemănător unui burete, care are rol de fertilizator și care prezintă efecte benefice pentru fertilizarea solului. Aceste filtre pot fi folosite în preamestecarea deșeurilor urbane organice pentru a crea un „slurry feed stock” (pastă/nămol/mâl, ce constituie materie primă) și care va fi supus în continuare procesului de compostare. Pot de asemenea să fie folosite ca un îngrășământ lichid.

9.4. Compoziția biogazului

Gazele formate în procesul de fermentație, metanul și dioxidul de carbon, se găsesc într-un anumit raport cantitativ, influențat de diferiți factori. Pe de-o parte, compoziția deșeurilor organice influențează raportul CH4/CO2. La descompunerea anaerobă a hidraților de carbon se formează biogaz cu o compoziție de CH4/CO2 = 1/1. Acest raport poate avansa până la CH4/CO2 = 2/1, cu cât este mai mare partea unor proteine și grăsimi bogate în carbon. O astfel de compoziție a deșeurilor duce atât la o producție mai mică de CO2 cât și la un consum de apă pentru a acoperi necesarul de hidrogen (H2) în vederea formării CH4.(55)

Tabel nr. 21

Componența reziduurilor menajere în România

CO2 extras din biogaz este precipitat sub formă de carbonat. Gradul de producere a procesului de precipitare este, de asemenea, dependent de compoziția deșeurilor.

Conținutul de sulf și azot în deșeul fermentat influențează cantitatea urmelor de gaze din biogaz, în special conținutul de amoniac (NH3) și hidrogen sulfurat (H2S).

Totuși, aceste gaze, foarte corozive și inhibitoare ale fermentației, se obțin în cantitate foarte mică la fermentația deșeurilor biologice „normale”. La utilizarea biogazului în motoare pe gaz, nu este în mod normal necesară epurarea gazelor.

9.5. Procese biologice și biochimice de descompunere și transformare

Cele mai importante procese biologice și biomecanice de descompunere și transformare ce caracterizează procedeele aerob-microbiene de tratare a deșeurilor sunt: descompunerea celulozei și chitinei, descompunerea xilanului, descompunerea ligninei, formarea humusului, formarea metanului, amonificare/nitrificare și nitrificare/denitrificare.(56)

Descompunerea celulozei și chitinei

Substanța vegetală, în procesul de compostare, este formată în proporție de 40–70 % din celuloză. Celuloza este o componentă esențială a pereților celulari ai plantelor inferioare sau superioare și contribuie decisiv la rezistența ei și la permeabilitatea pentru apă. Celuloza este un polimer format din molecule de glucoză, așa numitele hexoze. În condiții aerobe, celuloza este descompusă de ciuperci și bacterii specializate, proces care este relativ insensibil la modificările pH-ului și la temperaturile ridicate din compost. Chitina este o substanță formată din molecule de acetilglucosamin-N, care sunt structurate asemănător celulozei și reprezintă o componentă esențială a pereților celulari ai ciupercilor.

Descompunerea xilanului

Xilanul este de asemenea o componentă principală a substanței vegetale. Acționează ca material de depozitare și de susținere a plantelor. Paiele conțin, de exemplu, până la 30 % xilan, iar lemnul de foioase, 20–25 %. Xilanul este descompus în mediu acid în principal de ciuperci, iar în mediu bazic (pH > 7), de bacterii. Pe ansamblu, descompunerea xilanului este un proces care se realizează mai ușor decât descompunerea celulozei și de către un număr mai mare de tipuri de microorganisme. Ca hidrat de carbon, xilanul este format din

hexoze, pentoze și acizi.

Descompunerea ligninei

Formarea ligninei, prin efectele ei, este numită și „lemnificarea” substanței vegetale. 18–30 % din masa uscată a substanței vegetale constă în lignină și reprezintă partea lemnoasă a unei plante. Lignina constă din molecule de compuși aromatici, legate tridimensional, la care unitatea de bază este diferită de la plantă la plantă. De exemplu, la conifere, este alcoolul coniferil, la foioase – alcoolul sinapinal, iar la ierburi – alcoolul cumar. Prin reacții enzimatice și chimice, din acești monomeri se formează lignina polimerică. Descompunerea efectivă a ligninei se realizează foarte lent și numai de către tipuri specializate de ciuperci, în condiții de mediu extrem de variabile. Optim pentru descompunerea ligninei, realizată prin procese metabolice oxidative, este intervalul de temperatură 45…50 °C.(37)

Formarea humusului

Odată cu descompunerea ligninei începe formarea substanțelor humice. Motivul este că în timpul intervenției microbiene asupra structurii ligninei sunt stimulate și reacții chimice. Acestea duc la polimerizarea moleculelor rupte la descompunerea ligninei și la alte produse metabolice microbiene. Substanța organică se denaturează, iar din componentele materialului de fermentație se formează humusul.

Prin formarea humusului, în timpul descompunerii ligninei, azotul liber este legat și îmbogățește materialul nou format.

Formarea metanului

Bacteriile metanogene există exclusiv în mediu anaerob. La introducerea oxigenului ele dispar imediat. Formarea metanului este facilitată de o temperatură între 40 și 60 °C și o valoarea pH-ului între 6,5 și 8,5. La începutul procesului de fermentație, este disponibilă o mare diversitate materială, respectiv substanțe ușor valorificabile, formate din molecule simple ce se pot descompune ușor. În compostul finit, formarea metanului nu se mai realizează, deoarece această condiție nu mai este îndeplinită.

Amonificarea

Amonificarea este un proces de bază în descompunerea biomasei, respectiv în metabolismul microorganismelor. Prin descompunerea proteinelor, sunt puși la dispoziție aminoacizi, care degradați (mineralizați) sunt în continuare prelucrați și devin componente de bază ale descompunerii biomasei.

De asemenea, la începutul procesului de compostare, prin amonificare se formează proteine, valorificate de microorganisme pentru aprovizionarea cu azot. Cantitatea de azot mineral (aici NH4-N) din materialul în fermentație poate deveni problematică, deoarece în anumite condiții, la valori ale pH > 7 amoniacul se poate degaja. Aceasta reprezintă o poluare a mediului și are ca urmare o pierdere de azot a îngrășământului format din compost.

Nitrificare/Denitrificare

În procesul de nitrificare, într-o prima etapă, amoniacul este oxidat la nitrit (NO2), iar, în a doua etapă, se realizează oxidarea la nitrat (NO3). Bacteriile nitrificatoare (nitrificanți) necesită un mediu aerob, performanța nitrificării fiind influențată de schimbările temperaturii și ale valorilor pH-ului. Formarea nitratului se realizează mai ales în zonele de margine ale grămezilor de gunoi din spațiile deschise, nu însă și la temperaturi mai mari de 400C în instalații închise. Concentrațiile mari de azot mineralizat prezente în procesul de compostare pot conduce la poluări ale apei freatice, prin spălarea nitraților de către apele de precipitații. La denitrificare, microorganismele inițial aerobe, puse în condiții anaerobe, își obțin necesarul de oxigen din NO2/NO3, folosindu-l ca agent oxidant pentru descompunerea legăturilor organice, luând naștere, ca urmare a procesului de reducere, protoxidul de azot (N2O) și azot elementar (N2).

Denitrificarea apare în compost dacă în zona grămezilor cu concentrații mari de nitrat se realizează condiții anaerobe. Procesul este puțin sensibil la mediu, și se realizează mai puternic la valori ale pH-ului de ≈ 7 și la temperaturi de aproape 30°C.

9.6. Biomasa – sursă de energie regenerabilă

Reacțiile de descompunere pe cale aerobă a deșeurilor au loc indiferent că sunt dirijate, controlate și valorificate, sau nu, dar în acest din urmă caz toți acești compuși se degajă liber, în atmosferă. Cunoscându-se cantitățile impresionante de deșeuri care există în prezent și că în medie rezultă 500 m3 de metan la o tonă de deșeuri organice fermentate, se poate intui ce cantitate enormă de gaz este eliminată în atmosferă. Acest gaz, care stagnează în deșeuri, captat și utilizat, poate deveni o sursă spectaculoasă de energie, fiind considerată aproape inepuizabilă.(38)

Descompunerea biomasei de origine vegetală sau animală se realizează în natură prin organisme unicelulare (microorganisme), fără a fi necesar niciun aport energetic. Este vorba despre grupele principale descompunătoare, respectiv ciupercile și bacteriile. Datorită faptului că sunt mici (bacterii ≈1/1000 mm) raportul suprafață/volum este foarte mare și, deoarece transformarea materialelor de către microorganisme este proporțională cu suprafața specifică (și nu cu masa), rezultă un randament de descompunere foarte mare pe care-l realizează aceste organisme. Un alt element de performanță a microorganismelor este faptul că pot descompune diferite substanțe și sunt adaptabile în scurt timp la condiții de mediu schimbătoare.

Deoarece bacteriile nu sunt supuse proceselor de metabolism fixe, ci dispun de o mare adaptabilitate, au capacitatea să descompună toate substanțele organice naturale și o mare parte din compușii organici artificiali. Biomasa este considerată o sursă majoră de energie regenerabilă, cu o cotă de aproximativ 63 % în consumul total de energie regenerabilă al UE. Contribuția biomasei a crescut cu un ritm mediu de până la 3,3 % pe an în perioada anilor 1990–1999, atât pentru producerea de energie (în special în țările nordice) cât și pentru utilizarea directă în scopuri casnice. Evoluția tehnologiilor pe bază de biomasă (care sunt tot mai competitive și viabile economic) va constitui importante repere strategice în contextul liberalizării pieței de energie.(38)

Substanțele care pot fi descompuse de microorganisme sunt specifice majorității tipurilor de deșeu din localități, respectiv:

● deșeuri din producția de alimente și din pregătirea mâncărurilor;

● deșeuri vegetale din grădini, parcuri etc.;

● deșeuri din hârtie, carton, textile din fibre naturale, celuloză;

● fecale, excremente;

● deșeuri din lemn;

● deșeuri de la abatoare.

Din compoziția generală a reziduurilor din diferite țări și orașe de pe glob, materiile organice constituie următoarele procentaje (medie): SUA, 22,5; Canada, 10,0; Marea Britanie, 10–15; Suedia, 12; Elveția, 15–25; Norvegia, 30–40; Israel, 71,3; Finlanda, 10; Polonia, 35–45; Paris, 24; Berlin, 22; Madrid, 45; Haga, 14; Bruxelles, 23; Praga, 22–35.

Tabel nr. 22

Cantitățile de biogaz obținute din materii organice

Se poate obține o producție medie de 0,5 m3/kg de materie uscată, care rezultă în funcție de calitatea materiei organice folosite, de felul amestecurilor executate, etc.; astfel, în m3/kg: frunziș uscat, 0,45; deșeuri vegetale (verzi), 0,45–0,94; coceni de porumb, 0,81; dejecții de porcine, 0,39–0,54; dejecții păsări, 0,21– 0,31; gunoi divers, 0,24; pleavă de grâu, 0,90; nămol stații de epurare, 0,39–0,60.(38)

9.7. Dotarea tehnică a stațiilor de tratare biologică a deșeurilor

Înainte de tratarea biologică propriu-zisă, deșeurile organice sunt supuse atât unei prelucrări de ansamblu cât și uneia de detaliu. Impuritățile care pot dăuna procesului tehnologic sunt îndepărtate. Dotarea tehnică (instalații și aparate utilizate independent de procesul propriu-zis al tratării biologice a deșeurilor) este compusă din:

● instalații de transport;

● mașini de mărunțire;

● instalații de cernere;

● separatoare cu magnet pentru metale feroase;

● separatoare pentru metale neferoase;

● vânturătoare;

● separator al materialelor dure;

● pulbere/rezervoare cu malaxor;

● aparate de răsturnare a grămezilor;

● buncăre de depozitare și dozare;

● instalații de epurare a aerului rezidual;

● cântare.

Folosirea unui procedeu de fermentație nu necesită de obicei utilizarea agregatelor furnizate de un anumit producător, deoarece nu există strictețe în privința cerințelor impuse. Totuși, cerințele din tehnologia aleasă trebuie respectate cel puțin la agregatele de prelucrare și clasare.

De asemenea, trebuie să se asigure o bună adaptare la :

● consistența și compoziția deșeurilor;

● cantitatea livrată și performanța în îndeplinirea sarcinilor;

● condițiile de la fața locului și din împrejurimi (protecție fonică etc.);

● orarul zilnic de funcționare ales și deci randamentul.

În cadrul exploatării unei instalații de obținere a biogazului, timpul de funcționare este stabilit de obicei la circa 5,5 h/zi. Agregatele de prelucrare sunt supuse unor standarde înalte din punct de vedere mecanic și al calităților anticorozive.

Sunt respectate cerințele privind :

● activitățile de întreținere și curățare;

● livrările de material fără impurități (puține devieri);

● construcția simplă și execuția constantă;

● constanța fizică și chimică a materialului supus tratării biologice.

O soluție tehnică de instalație de producere a biogazului din deșeuri organice care să poată fi adaptată și utilizată într-o gospodărie individuală, de orice mărime, cu înzestrare medie, chiar și în zone izolate, a fost realizată la SC ICPT Tehnomag SA Cluj-Napoca.

Pe acest model experimental (cu funcționare discontinuă) s-au efectuat măsurători și analize ale biogazului obținut și s-au verificat factorii care influențează procesul de obținere a biogazului. Practic, după introducerea materialului până la nivelul stabilit și realizarea etanșării, fermentația a început imediat, însă producția de biogaz s-a obținut după circa 20 de zile (la o temperatură de 300C). La primele degajări de biogaz, acesta, având un conținut mare de dioxid de carbon, s-a aprins greu. În această situație s-a deschis robinetul montat pe furtunul de transport al biogazului, iar biogazul a fost eliminat în atmosferă. S-a repetat de trei ori această operație până când s-a eliminat cantitatea mai mare de CO2 degajată inițial, conținutul în metan al biogazului a crescut, iar acesta a putut fi folosit la ardere.

Această perioadă se numește perioadă de amorsare, iar la instalațiile industriale care au un flux continuu de producție, după această perioadă, când bacteriile metanogene încep să consume, se alimentează periodic instalația cu materie organică proaspătă, pentru o producție constantă de biogaz.

S-a măsurat zilnic cantitatea de biogaz rezultată, cu un aparat de măsură a debitului, până la finalizarea fermentării (170 kg de amestec de substanță organică) și epuizarea metanului.

Cu aceste măsurători, în figura 7 se prezintă graficul „volum zilnic generat/timp”, care exprimă evoluția în timp a cantității de biogaz produsă în toată perioada de staționare a materialului de fermentare în bazin.

În cazul real, al alimentării continue, zona optimă determină ritmul de alimentare cu material proaspăt, nefermentat, după cum este ilustrat în figura 8, Se observă că, dacă ritmul de alimentare este constant, producția rămâne constantă la o valoare maximă. Compoziția biogazului funcție de perioada de fermentare este prezentată în figura 9, iar în figura 10 este reprezentată compoziția medie a biogazului rezultat din încărcătură pe întreaga perioadă de fermentare.

Fig. 7. Volumul zilnic de biogaz pentru o perioadă întreagă de staționare.(56)

Fig. 8. Stabilirea ritmului de alimentare, în funcție de minimul necesar de biogaz.(56)

Fig. 9. Variația degajării biogazului, în %, pe gaze componente, în perioada de fermentare, la patru prelevări de probe.(56)

Fig. 10. Compoziția medie, în %, a biogazului, pe toată perioada de fermentare.(55)

biogaz

Folosirea biogazului obținut, împreună cu arderea resturilor care rămân după fermentare, rezultate din reziduurile colectate într-o localitate care are 1 milion de locuitori, ar reprezenta aproximativ 50 % din necesarul consumului anual de gaz metan.

Statistica mondială apreciază că, într-un an, în lume biomasa nefolosită de om se cifrează la circa 150 ·109 t. Considerând că 1 t biomasă uscată produce doar 300 m3 gaz metan (300 m3 gaz ≈ 1,25 barili țiței ≈ 250 kg combustibil convențional), rezultă circa 2,5·106 kcal. Apreciind că numai 25 % din întreaga cantitate de biomasă se transformă în gaz metan, rezultă 50 ·109 barili țiței, adică 34 ·109 t/an ≈ 50 ·109 t cc. Iar dacă anual, pentru încălzire, se consumă la nivel mondial 9 ·109 t cc (dintre care mai mult de 65 % petrol și gaze), înseamnă că numai 5 % din cantitatea de biomasă transformată anual asigură consumul actual de combustibil pe întreg globul pământesc.(55)

Literatura de specialitate indică faptul că biomasa înmagazinează energie solară, prin procesele de fotosinteză ale plantelor din care provine. Conversia biologică a radiației solare prin intermediul fotosintezei furnizează anual, sub formă de biomasă, o rezervă de energie evaluată la 3 × 1021 J/an, ceea ce înseamnă de zece ori cantitatea totală de energie consumată pe plan mondial în fiecare an.(56)Se încarcă…Se încarcă…

De mulți ani este pusă în mișcare dezvoltarea sistemelor de producție a energiei electrice pe baza exploatării de surse energetice alternative. Biogazul este una dintre aceste surse energetice. Datorită noilor norme în materie de autoproducție, recunoașterii valorii ambientale a energiei electrice din surse alternative și a unei tehnologii de acum omologată, astăzi este posibil să se producă biogaz pentru generarea de căldură și electricitate în condiții avantajoase. Centrul de Cercetare Mediu Ambiental și Materiale ENEL a condus, în primii ani de după 1990, în colaborare cu Centrul Cercetări Producții Animale din Regiunea Reggio Emilia, o investigație pe rază largă în Câmpia Padana pe potențialitatea biogazului productibil plecând de la dejecțiile zootehnice. Din investigație a rezultat că, cogenerarea de energie electrică și căldură prin biogaz poate da naștere la avantaje evidente, fie în câmpul energetic, fie în cel ambiental. Cogenerarea se poate integra în mod convenabil în instalațiile crescătoriei, în special în cazul în care trebuie să fie realizate opere corespunzătoare pentru soluționarea celor mai presante restricții normative în materie de epurare a dejecțiilor. Finalitatea este aceea de a promova biogazul ca energie alternativă, evidențiind elementele normative și tehnologice, permițând viziunea unui cadru realist și util al folosirii de biogaz în spațiul modernei practici zootehnice.(55)

9.8. Procesul biologic de digestie anaerobă

Digestia anaerobă este un proces biologic complex, prin intermediul căruia, în absența oxigenului, substanța organică este transformată în biogaz (sau gaz biologic), constituit în principal din metan și anhidridă carbonică. Procentul de metan din biogaz variază în funcție de tipul de substanță organică digerată și de condițiile de proces, de la un minim de 50% până la 80%.

Ca procesul să aibă loc, este necesară acțiunea diferitelor grupuri de microorganisme, în măsură să transforme substanța organică în compuși intermediari, în principal acid acetic, anhidrida carbonică și hidrogen, utilizabile de microorganismele metanogene care conclud procesul, producând metanul. Microorganismele anaerobe prezintă o scăzută viteză de creștere și o mică viteză de reacție și deci e necesar să mențină optime, pe cât posibil, condițiile mediului de reacție.

Cu toate aceste scurtări, timpii de proces sunt relativ lungi dacă se compară cu cei ale altor procese biologice. Totuși avantajul procesului este că materia organică complexă este transformată în metan și anhidride carbonice și astfel duce la producția finală a unei surse alternative de energie, sub formă de gaz combustibil de o înaltă putere calorică. Ambientul de reacție, definit de obicei digestor (sau reactor anaerob), pentru a permite creșterea simultană a tuturor microorganismelor implicate, va trebui să rezulte dintr-un compromis între exigențele fiecăror grupuri microbiene. Ph-ul optim, de exemplu, este în jur de 7/7,5. Temperatura optimă a procesului este în jur de 350C, dacă se utilizează bacterii mezofile, sau în jur de 550C, dacă se utilizează bacterii termofile.

La proces participă următoarele grupuri de bacterii:

● bacterii hidrolitice, care descompun macromoleculele biodegradabile în substanțe mai simple;

● bacterii acidogene, care utilizează ca substrat compușii organici simpli eliberați de bacteriile hidrolitice și produc acizi organici cu lanț scurt, care la rândul lor reprezintă substratul pentru grupurile următoare de bacterii;

● bacterii acetogene, producătoare obligate de hidrogen (OPHA: ObbligateHydrogen Producing Acetogens), care utilizează ca substrat produsele din bacterii acidogene dând naștere la acetat, hidrogen și anhidride carbonice;

● bacterii omoacetogene care sintetizează acetat plecând de la anhidride carbonice și hidrogen;

● bacterii metanogene, diferențiate în două grupe:

– cele care produc metan și anhidride carbonice din acid acetic, numite acetoclastici;

– cele care produc metan plecând de la anhidride carbonice și hidrogen, numite hidrogenotrofe.(156)

9.9. Influența calității dejecțiilor de tratat în randamentul biogazului

Biodegradabilitatea complexă a dejecțiilor analizată la nivelul bazinului de colectare a canalizărilor poate varia între 60 și 80%, în funcție fie de vârsta dejecției, fie de tipul de alimentație. O clasificare ulterioară a fracțiunilor biodegradabile, permite distingerea în interiorul fracțiunii solubile între o parte rapid biodegradabilă și una mai ușor biodegradabilă, și în interiorul părții suspendate între o parte suspendată ușor hidrolizabilă și una hidrolizabilă mai lent.(23)

Într-un context de extremă și continuă necesitate energetică și de un crescut risc ambiental, tratamentul anaerob cu recuperarea biogazului produs se dovedește a fi azi un sistem de mare interes, în măsură să ofere multiple avantaje:

● producție de energie: tratamentul anaerob în condiții controlate duce la degradarea substanței organice și la producerea de biogaz. Cogenerarea de energie electrică și căldură prin ardere de biogaz se dovedește a fi economic avantajoasă fie pentru autoconsumul firmei, fie pentru o cesiune a terților, mărită de recentele normative asupra producției de energie din surse alternative;

● eliminarea mirosurilor și emiterilor contaminate (NH3 și CH4): substanțele rău mirositoare care eventual se formează în timpul procesului (acid sulfhidric, mercaptani, amoniac) sunt puse în mișcare cu biogazul la ardere;

● stabilizarea dejecțiilor: eliminarea încărcăturii organice care conține carbon obținut din digestia anaerobă conferă dejecțiilor o stabilitate suficientă chiar și în perioadele ulterioare de stocaj, când exista o încetinire a proceselor degradante și fermentative cu consecințe de diminuare în producția de compuși urât mirositori;
● reducerea încărcăturii patogene: digestia anaerobă în mezofilie poate reduce parțial eventuala încărcatură patogenă prezentă în dejecțiile lichide. Operând în termofilie este posibil, în schimb, să se obțină completa igienizare a dejecțiilor cu completa distrugere de patogeni.(59)Despre Google Căutare de cărți – Informații pentru editori – Trimiteți feedback – Google Pagină de pornire

©2008 Google

Fig. 11. Transformarea biologică, în absența oxigenului, a compușilor organici complecși rezultați din deșeurile solide urbane , în materie organică biodegradabilă, metan și dioxid de carbon.

9.10. Aspecte tehnice ale biometanizării

Fig. 12. Etape în digestia anaerobă.(59)

Fig. 13. Tipuri de biometanizare.(59)

Fig. 14. Parametrii procesului de producere a biogazului.(59)

Fig. 15. Curba teoretică de producere a biogazului.(59)

Fig. 16. Metoda uscată Fig. 17. Metoda umedă

Fig. 18. Schița unei fabrici de biometanizare.(59)

Fig. 19. Zona de pretratare-metoda umedă.(59)

Obiectivele pretratării: eliminarea elementelor inerte nebiodegradabile care pot cauza dificultăți în procesul de digestie anaerobă, datorită diferenței de densitate (nisip, sticlă, ceramică, plastice, etc.)

Tipuri de pretratare: pretratarea uscată-aplicată cantităților de deșeuri solide urbane fără să fie amestecate cu diluanți cu o umiditate între 40-50%; pretratarea umedă aplicată cantităților de deșeuri urbane solide amestecate cu diluanți, cu o concentrație de solide totale mai mică de 10%.

Fig. 20. Pretratarea metoda umedă.(59)

Imaginea 4. Separator balistic.(59)

Imaginea 5. Sită vibrantă tip plasă.(59)

Imaginea 6. Bandă balistică și sită.(59)

Fig. 21. Tehnologia metodei uscate.(59)

Imaginea 7. Rezervoare cu malaxor.(59)

Imaginea 8. Separator de nisip.(59)

Imaginea 9. Separator de nisip.(59)

Imaginea 10. Pompare în digestor.(59)

Imaginea 11. Schema zonei de digestie-metoda uscată.(59)

Imaginea 12. Digestor.(59)

Imaginea 13. Centrifuga decantoare.(59)

Imaginea 14. Compostarea.(59)

Imaginea 15. Zona de valorificare a biogazului.(59)

Tabel nr. 23

Parametrii tehnologici ai unei fabrici de biometanizare (59)

CAPITOLUL 10

UTILIZAREA MICROORGANISMELOR ÎN PROCESUL DE CONVERSIE A DEȘEURILOR ȘI SUBPRODUSELOR AGRICOLE ȘI INDUSTRIALE

Biotehnologiile contemporane au implicații cu totul deosebite în agricultură și industria alimentară, în medicină și industria farmaceutică, în industria chimică și metalurgică, în valorificarea deșeurilor și în lupta împotriva poluării prin refacerea ecologică a unor ecosisteme afectate de acest flagel datorită implicării microorganismelor în recuperarea unor substanțe utile din punct de vedere economic.

Subprodusele precum și deșeurile din activitățile agricole și forestiere și din industriile agroalimentare pot fi utilizate în scopuri foarte diverse, în special energetice, având drept consecință valorificarea biomasei și scăderea poluării mediului înconjurător. Ele pot fi, de asemenea, degradate în compuși fermentabili de către microorganisme sau transformate în proteine.

După 1970, odată cu apariția ingineriei genetice, s-au creat condiții favorabile pentru manipularea informației genetice a microorganismelor industriale, pentru transferul de gene de la o specie la alta și pentru crearea de programe genetice artificiale. S-au obținut astfel sușe noi de microorganisme capabile să mărească considerabil eficiența proceselor microbiologice în producerea de substanțe utile, sau chiar să realizeze procese complet noi, necesare în industria microbiologică, în combaterea poluării mediului, în producerea de bioenergie, în conversia deșeurilor și subproduselor agricole și industriale. Cele mai importante grupe de microorganisme utilizate în cadrul acestor procese sunt bacteriile, drojdiile și mucegaiurile.

În 1978, Programul Națiunilor Unite pentru mediul înconjurător (PNUE), semnala faptul că diversele cereale cultivate în lume furnizau aproape 1,7 milioane de tone de paie pe an, din care majoritatea rămâneau neutilizate; exploatarea trestiei de zahăr și industria zahărului produceau anual, 50 miliarde de tone de deșeuri de trestie de zahăr și 67 milioane de tone de resturi lemnoase, cât și melase și reziduuri din fabricile de zahăr. Deși, în Indonezia, apele reziduale ale melasei sunt utilizate pentru fertilizarea orezăriilor, reziduurile din fabricile de zahăr servesc drept amendament al solului sau sunt încorporate în alimentele vitelor, resturile lemnoase sunt folosite drept combustibil în instalațiile de măcinare, cu toate acestea, multe deșeuri sunt încă în mare măsură subutilizate.

Ananasul este un exemplu tipic al numeroaselor fructe din care se pierde o bună parte: în cazul conservării, se folosește mai puțin de 20% din fructul întreg. Pulpa, coaja și deșeurile proaspete de ananas sunt adesea strivite pentru a se mai extrage suc și reziduurile uscate servesc drept alimente pentru vite; fermentația alcoolică permite, în plus reducerea unei serioase poluări a apelor cauzate de lichidele și deșeurile dulci din fabricile de conserve de ananas.

Subprodusele agricole și cele ale industriilor agroalimentare pot fi împrăștiate (paie) sau adunate aproape de unitatea de producție (rumeguș, zer), primele sunt disponibile la un preț superior. Utilizarea unui subprodus sau transformarea lui de către microorganisme este funcție de diferența existentă între costul acestei utilizări și cel al folosirii altor substraturi. Această utilizare trebuie să ia în considerare și consecințele asupra mediului înconjurător (costul poluării eventual produse sau, dimpotrivă, avantajele unei reduceri a poluării).

Conversia materiilor organice datorită fermentațiilor și metabolismului microorganismelor, se află, de asemenea, la originea unei poluări chimice și biologice a mediului. Astfel, o singură fabrică de bere, poate produce aproape 10.000 de m3 de efluenți pe zi, a căror nevoie biologică de oxigen echivalează cu cea a apelor uzate ale unui oraș cu 200.000 de locuitori. La începutul anilor 70, o anchetă întreprinsă în S.U.A. a arătat că fermentațiile reprezentau principala sursă de poluare în industria farmaceutică. În cazul antibioticelor, fermentația este mijlocul de producție pe scară largă, exceptând cloramfenicolul. Capacitatea fermentatoarelor folosite poate atinge 400.000 de litri și deșeurile conțin celule microbiene, anumiți produși metabolici precum și ingredientele neconsumate din mediul de cultură. Lichidele reziduale provenind din producerea streptomicinei au o cerință biologică de oxigen de ordinul a 32.000 de părți per milion și antrenează o puternică poluare a apelor în care sunt aruncate.

10.1. Degradarea și conversia deșeurilor cu ajutorul microorganismelor

Subprodusele și deșeurile conținând glucide pot fi transformate prin fermentații microbiene tradiționale. Astfel, melasele, care sunt sursa de cristalizare a zaharozei și care sunt retrase din circuitul de fabricație când concentrația în zahăr devine prea slabă, constituie subproduse bogate, conținând în afară de zahăr, sulfit, carbonați și săruri de potasiu și magneziu, mai ales melasele de sfeclă, utilizate în procedeele de extracție a zaharozei.

Cercetătorii de la Solar Energy Research Institute (SERI) au descoperit în 1982 o bacterie anaerobă, Thermobacteroides saccharolyticum, care era capabilă să degradeze hemicelulozele conținute în furajele sau deșeurile de lemn, la o temperatură de peste 400C. Produsele finite obținute erau, printre altele, etanolul și acidul lactic. Degradarea și transformarea de către microbi a substanțelor celulozice și hemicelulozice, permit așadar, obținerea etanolului și a materiilor prime pentru industria chimică (furfurol, fenoli, etc.). Din 200.000 de tone de paie transformate în mod eficient ar putea fi produse 50.000 de tone de etanol și 20.000 de tone de furfurol. După unii specialiști, 30% din compușii de origine petrochimică ar putea fi produși pornind de la transformările microbiene ale celulozei.

10.2. Utilizarea microorganismelor în lupta împotriva poluării

Epurarea apelor uzate, eliminarea unei proporții însemnate a materiilor organice conținute în lichidele reziduale, se realizează de către microorganisme aerobe și anaerobe. Rezultate spectaculoase au fost obținute, prin tratarea efluenților din fabricile de bere, fabricile de ulei, de lapte și de amidon, printr-un procedeu anaerob care reciclează nămolul biologic activ, produce mai puține nămoluri reziduale, împiedică în mare măsură degajarea mirosurilor neplăcute și produce puțin metan utilizat în alimentarea cazanelor din instalațiile de tratare.

Sușele microbiene ar putea fi izolate pentru a lupta împotriva diverselor forme de poluare chimică, de exemplu pentru a descompune biocizii greu bioegradabili, detergenții, materialele plastice sau hidrocarburile. Astfel, bacteriile aparținând genului Pseudomonas posedă enzime de oxido-reducere sau de hidroxilare care pot degrada un număr mare de molecule de hirocarburi sau de compuși aromatici adesea foarte toxici (benzen, toluen, xilen).

În ceea ce privește degradarea hidrocarburilor de către bacterii, cercetările se referă în special la accelerarea acestui proces care este în general foarte lent. Cercetătorii americani au reușit să izoleze din stații de epurare a apelor, specii bacteriene care puteau să degradeze hidrocarburi și care au fost utilizate în golful Mexicului.

Anumiți microbi pot modifica o moleculă a unei substanțe, care apoi va fi degradată de alți microbi. Astfel, datorită tehnicilor de recombinare genetică s-ar putea crea sușe microbiene capabile să descompună și să asimileze numeroși compuși, cel mai adesea nebiodegradabili.

10.3. Bioexploatarea minereurilor

Încă înaintea epocii noastre, popoarele din jurul Mării Mediterane recuperau cuprul din apele de drenaj din mine. Până acum câteva decenii nu s-a știut că în acest proces intervin o seamă de specii de microorganisme, care convertesc cuprul metalic într-o formă solubilă și care se concentrează în apele de drenaj de unde este apoi recuperat. Microorganismele implicate în acest proces sunt chimiolitotrofe, deoarece ele își obțin energia necesară proceselor metabolice din oxidarea substanțelor minerale. De asemenea, ele sunt autotrofe, în sensul că obțin carbonul necesar sintezei diferitelor structuri celulare, nu din materii organice ci din CO2 atmosferic.

În ultima vreme, datorită crizei energetice și necesității valorificării minereurilor cu un conținut redus în diverse metale, s-au început cercetări intense privind posibilitatea utilizării biotehnologiilor moderne în exploatarea industrială a minereurilor. Metodele respective contribuie totodată la combaterea poluării mediului ambiant, permițând epurarea apelor reziduale și recuperarea unor metale de mare valoare.

Lixivierea este de 2 tipuri: lixiviere directă și indirectă.

Lixivierea directă – în acest caz bacteriile atacă cu ajutorul aparatului lor enzimatic, compușii minerali susceptibili de oxidare. Pentru a obține energie din substanțele minerale respective, bacteriile transferă electronii de fier sau de cupru asupra oxigenului, produșii cei mai oxidați fiind de regulă cei mai solubili.

Lixivierea indirectă – în acest caz, bacteriile oxidează fierul feros solubil (Fe²+) în fier feric (Fe³+) care este un oxidant puternic și care reacționează cu alte metale pe care le transformă în ioni oxidați solubili într-o soluție de acid sulfuric. În acest proces reapare fierul feros care este rapid reoxidat de către bacterii.

Pentru asigurarea unei lixivieri cât mai intense este necesară asigurarea unor condiții care să favorizeze procesele microbiologice și chimice cum sunt: aciditate ridicată, deoarece fierul feric și alte metale nu sunt solubile decât în mediu acid, o temperatură corespunzătoare diverselor specii de microorganisme, de obicei mai ridicată ca cea a mediului ambiant, aerisirea minereurilor respective etc.

Actualmente sunt cunoscute o serie de specii chimiolitotrofe, care acționează în diverse condiții de mediu. În general ele trăiesc în condiții nefavorabile altor specii și anume: mediu bogat în acid sulfuric și metale solubile, sărac în substanțe organice, temperaturi ridicate, adesea peste 50°C sau chiar apropiate de temperatura de fierbere a apei.

Una din primele specii de microorganisme cunoscute, care asigură lixivierea, a fost Thiobacillus ferooxidans. Aceasta este o specie acidofilă ce trăiește în condițiile unei concentrații ridicate de acid sulfuric la temperaturi de 20-35°C. Este răspândită în apele termale, zăcăminte de sulf, crăpăturile vulcanilor, etc. Mai recent s-a descoperit o bacterie din același gen și anume Thiobacillus thiooxidans, care are o activitate similară cu prima specie descoperită. Alături de bacteriile care asigură lixivierea se găsesc și alte bacterii și ciuperci heterofile, care folosesc cantitățile foarte reduse de substanțe organice din mediul ambiant și al căror rol în procesul de lixiviere nu este încă suficient cunoscut.

În condițiile unei temperaturi mai ridicate (60-70°C) și a unui pH neutru, acționează o bacterie filamentoasă Thermothrix thiopara care oxidează ionii de hidrogen sulfurat (HS¯) și ionii de sulfiți (SO3), ionii de tiosulfați și ionii de sulf pentru a forma ioni de sulfați (SO4²¯).

Relativ recent s-a descoperit că o bacterie denumită TH care este mediu termofilă (50°C) și acidofilă, se dezvoltă pe fierul feros și pe minerale cum sunt pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2), covelita (CuS). Această bacterie are un metabolism destul de diferit față de cel al speciilor anterioare, necesită mici cantități de substanțe organice pentru creștere și se pare că are un rol relativ important în valorificarea minereurilor cuprifere, mai ales că trăiește la temperaturi mai ridicate decât speciile anterioare.

O altă categorie de microorganisme de lixiviere este reprezentată de genul de arhebacterii Sulfolobus, care trăiesc la temperaturi ridicate, peste 60°C și chiar mai mari (90-95°C), în medii foarte acide, ele obținând energia necesară prin oxidarea sulfului și fierului, iar carbonul, din CO2 sau din compuși organici simpli. Ele sunt întâlnite în apele termale și acide. Printre cele mai răspândite specii din acest gen sunt: Sulfolobus acidocaldavius și S.brierleyi,care atacă chiar și molibdenita (MoS2), ionii metalici astfel obținuți nefiind toxici pentru ele.

Procedeul industrial cel mai cunoscut pentru lixiviere constă în tratarea unor cantități enorme de rocă, de ordinul a milioane de t (steril) cu mii de tone de apă acidifiată, fără a fi nevoie de a inocula bacterii deoarece ele se găsesc în mod obișnuit în acest substrat. De pildă, bacteriile din specia Thiobacillus ferooxidans se găsesc în proporție de cca 1 milion/gram, iar cele din specia Thiobacillus thiooxidans sunt prezente în număr mai redus. După ce soluția spală roca, ea este colectată la baza grămezii de rocă în bazine speciale, din care este apoi reținut cuprul metalic, iar soluția este reciclată.

Prin utilizarea acestor biotehnologii se poate recupera nu numai Cu, ci și alte metale precum uraniul din zăcămintele epuizate. Fierul feric produs de microorganisme oxidează minereul ce conține ioni de uraniu tetravalent insolubil și îl transformă în uraniu hexavalent care este solubil în acid sulfuric diluat.

De asemenea, cu ajutorul microorganismelor poate fi extras Zn din blendă și Pb din galenă.

În prezent se efectuează studii de inginerie genetică în vederea obținerii unei bacterii recombinate genetic "in vitro" care să fie mai rezistentă la cantități mari de metale toxice, care să aibă o capacitate mărită de a produce fier feric și în general care să aibă o viteză mărită a proceselor metabolice.(18)

10.4. Epurarea apelor poluate și recuperarea unor metale valoroase

În ultimul timp s-au pus în evidență 3 tipuri de procese microbiologice prin care se pot extrage metalele din apele respective:

● transformarea chimică a metalelor cu ajutorul unor procese biologice;

● absorbția metalelor pe suprafața microorganismelor;

● fixarea intracelulară a metalelor.

S-a demonstrat experimental că drojdia de bere Saccharomyces cerevisiae și fungii din specia Rhizopus arrhizus, sunt capabile să absoarbă uraniul din apele reziduale datorită faptului că prezintă pe membrană, pe peretele celular, grupe de atomi cu sarcini electrice negative, astfel că absorb ionii metalici cu sarcini electrice pozitive. Drojdia de bere este capabilă să fixeze o cantitate de uraniu care reprezintă 10-15% din greutatea uscată, iar fungii din specia Rhizopus arrhizus chiar 18,5%. Alte specii pot fixa chiar metale insolubile cum este de exemplu oxidul de mangan.

Bacteria Pseudomonas aeruginosa poate acumula intracelular metale toxice în concentrații mari. Experimental s-a demonstrat că în mai puțin de 10 secunde această bacterie poate acumula aproape 100 mg de uraniu/litru de soluție, aceasta reprezentând până la 56% din substanța uscată a bacteriilor respective.

În condiții naturale s-a constatat că are loc o epurare a unor ape reziduale încărcate cu metale. În astfel de ape pot prolifera alge care acumulează metalele, după care are loc putrefacția lor provocată de microorganisme, producându-se astfel hidrogen sulfurat care precipită metalele sub formă de sulfuri. Algele din genurile Spirogyra, Oscillatoria, Rhizoclonium, acumulează ioni solubili de molibden, seleniu, uraniu și sodiu.

S-a constatat că unul dintre agenții fixatori de metale este proteina numită metallothioneina, care conține numeroși aminoacizi ce prezintă sulf în molecula lor. Prin plierea moleculei proteice respective, acești aminoacizi sunt reuniți și formează regiuni cu ioni de hidrogen sulfurat cu sarcini negative care fixează ionii metalici pozitivi. Algele marine albastre-verzi din genul Symechococcus pot fixa în medie 1,28 atomi de Cadmiu per molecula acestei proteine. Deoarece proteinele sunt sintetizate cu ajutorul unor gene, se speră în obținerea unor microorganisme care să sintetizeze cantități mari de proteine fixatoare de metale sau chiar transferul acestor gene de la o specie la alta, care ar putea deveni astfel fixatoare de metale.

10.5. Bio-exploatarea petrolului. Combaterea poluării. Bioproducția de hidrocarburi

În ultimul timp s-au dezvoltat o seamă de biotehnologii care permit creșterea gradului de recuperare a petrolului din zăcăminte, extracția unor metale din minereurile în care sunt incluse și care totodată asigură combaterea poluării mediului ambiant.

Bacteriile și extracția petrolului

Mijloacele tehnice actuale permit exploatarea industrială a cel mult 40% din cantitatea de petrol dintr-un zăcământ. Acest fapt justifică intensificarea studiilor privind valorificarea microbiologică a zăcămintelor de hidrocarburi în direcția măririi cantității de petrol exploatabil dintr-un zăcământ.

Prin introducerea în zăcământ a unor microorganisme selecționate are loc o mărire a presiunii, o creștere a porozității rocilor, o reducere a vâscozității petrolului, care poate fi astfel exploatat cu ajutorul sondelor obișnuite.

Bacteriile utilizate în acest scop sunt cultivate pe un mediu nutritiv, de pildă melasa, pe care îl transformă prin activitatea lor metabolică în gaze, acizi, solvenți, biopolimeri etc. Bioxidul de carbon produs pe această cale, se dizolvă în zăcământ și reduce vâscozitatea țițeiului, gazele rămase ca atare măresc presiunea zăcământului iar alte substanțe de tipul alcoolilor și cetonelor reduc aderența dintre petrol și rocă, mărind totodată porozitatea acesteia din urmă.

Se preconizează crearea unor sușe bacteriene, recombinate genetic "in vitro" care să folosească ca mediu de cultură petrolul și care să poată astfel mări considerabil gradul de recuperare al țițeiului.(18)

Combaterea poluării cu produse petroliere cu ajutorul microorganismelor

În procesul de producere, transport și depozitare a petrolului, are loc adesea o poluare a mediului ambiant terestru sau acvatic, fapt ce afectează grav fauna și flora înconjurătoare. Este cunoscut faptul că din cauza unor accidente, de pildă scufundarea sau avarierea unor nave petroliere, are loc deversarea în mediul înconjurător a unor cantități mari de hidrocarburi, care determină fenomene grave de poluare, uneori pe suprafețe însemnate.

Pentru combaterea poluării cu hidrocarburi se folosesc în special bacterii din specia Pseudomonas putida care posedă enzime oxido-reducătoare, sau pentru hidroxilare, astfel că ele pot degrada diferite clase de hidrocarburi sau de compuși aromatici toxici (benzen, toluen, xilen). Această bacterie prezintă gene localizate în plasmide, structuri genetice de formă circulară, care determină sinteza diferitelor enzime implicate în degradarea petrolului. Diferitele sușe de Pseudomonas putida sunt însă capabile, fiecare în parte, să degradeze numai o anumită clasă de hidrocarburi, astfel că eficiența lor în combaterea poluării este relativ redusă, deoarece țițeiul conține un amestec de diverse tipuri de hidrocarburi.

Pentru a mări eficiența bacteriilor respective s-a recurs la tehnici de inginerie genetică în vederea obținerii unei sușe recombinate genetic "in vitro" capabilă să metabolizeze diferite componente ale țițeiului. În acest scop s-au utilizat 4 sușe bacteriene care posedă 4 tipuri de plasmide ce conțin gene care determină sinteza de enzime ce intervin în metabolismul unei anumite clase de substanțe. Astfel, sușele ce conțin plasmidele OCT pot metaboliza octanul, hexanul și decanul, sușa cu plasmidele XYL poate metaboliza xilenul și toluenul, cea cu plasmidele CAM poate metaboliza camforul iar cea cu plasmidele HAH metabolizează naftalena.

Prin recombinarea genetică "in vitro" s-a obținut o sușă tetraplasmidică ce conține deci toate genele ce intervin în metabolizarea diferiților constituenți ai petrolului și care este mai eficientă decât fiecare sușă în parte. Această sușă multiplasmidică crește rapid pe un mediu cu petrol, metabolizând în timp scurt și în mod complet mari cantități. Sușa recombinată genetic "in vitro" de Pseudomonas putida poate fi folosită cu succes nu numai la combaterea poluării mediului ambiant, dar și pentru mărirea gradului de recuperare a țițeiului din zăcăminte, prin solubilizarea lui.

Metoda de combatere a poluării mediului cu ajutorul microorganismelor prezintă avantajul că nu introduce în mediu alți agenți poluanți, cum sunt de pildă detergenții. Ca urmare, se încearcă extinderea acestei biotehnologii și pentru combaterea poluării de către unele insecticide, ierbicide, fungicide etc. ne-biodegradabile în mod obișnuit, sau de către diferiți compuși produși de industria chimică și care sunt împrăștiați în mediul înconjurător. Anumiți microbi pot modifica o moleculă care apoi va fi degradată de alți microbi. Acest fenomen de ‘’cometabolism’’ intervine, de exemplu, în descompunerea unui puternic insecticid foarte poluant, parationul, de către 2 sușe de Pseudomonas și anume Pseudomonas aeruginosa și Pseudomonas stutzeri.

Detoxifierea este adesea nu atât degradarea completă a unei molecule toxice cât consecința unei transformări chimice a acesteia: fosforilare, metilare, acetilare.(18)

Enzimele care catalizează aceste reacții de detoxifiere sunt adesea sub controlul genelor purtate de plasmide. S-a reușit obținerea unei culturi microbiene capabilă să metabolizeze complet acidul 2,4,5-T (acidul 2,4,5-triclorfenoxiacetic) care este un puternic erbicid larg utilizat.

Bioproducția de hidrocarburi

Anumite plante produc rășini (coniferele), parfumuri sau latex (arborele de cauciuc – Hevea brasiliensis, ficușii – Ficus elastica, euforbiaceele). Aceste produse conțin în compoziția lor hidrocarburi care pot înlocui petrolul sau derivatele lui, de unde și denumirea de plante petroliere dată acestor specii.

La începutul revoluției industriale hidrocarburile din latexul plantelor interesau pentru obținerea cauciucului natural necesar industriei de automobile. Deoarece, în prezent, cauciucul este produs pe cale sintetică, punctul de vedere s-a schimbat: hidrocarburile din plante interesează ca sursă de combustibil, petrolul și cărbunele fiind deficitare.

Cercetările întreprinse pe plante cu latex sugerează că, mai ales în zonele aride există posibilitatea de a le cultiva, ele neintrând în concurență cu plantele agricole utile pentru hrană și fibre. Unele plante mai ales cele din familia Euphorbiaceae prezintă în latexul lor o concentrație ridicată de hidrocarburi, care pot fi utilizate în industria petrochimică. De asemenea, alga monocelulară Botryococcus braunii, care trăiește în ape dulci, în regiunile tropicale și temperate, conține 10-75% hidrocarburi din materia uscată. Aceste hidrocarburi se acumulează în peretele celular, ca rezultat al activității metabolice a bacteriei respective. Cercetări efectuate în Franța au dus la dublarea biomasei de alge în 2 zile, în loc de șapte, fapt care mărește considerabil eficiența culturii, mai ales că în celule se acumulează cca 35% hidrocarburi din materia uscată.

BIBLIOGRAFIE

APHA, 1995, Standard procedures for the analysis of water and wastewater, Washinton DC;

2. Arișanu I., Marinescu, Gh., 1967, Valorificarea deșeurilor agricole și industriale în hrana animalelor, Editura agro-silvică, București;

3. Baird, J., 1998, EU and UK Waste Management Regulations, Conferința națională "Managementul deșeurilor menajere", Târgu-Mureș, 2-4.11;

4. Banu, C., 2002, Manualul inginerului de industrie alimentară, Editura Tehnică, București;

5. Bara, V., 1997, Microbiologie generală a mediului, Editura Universității din Oradea;

6. Bara, V., Țiril, G., 1997, Lucrări practice de microbiologie, Editura Universității din Oradea;

7. Bara, V., Sabău N., Sărac, I., Mitra, C., 2000, Microbiologia solului, Editura Universității din Oradea;

8. Bara, V., Oneț C., 2008, Ghid de igienă a unităților de industrie alimentară, Editura Universității din Oradea;

9. Bara, V., 2002, Tehnologia prelucrării produselor agricole, Editura Academic Press, Cluj-Napoca;

10. Barbu, Valeria, Mărgineanu, Laura, 1983, Biodeteriorarea. Aplicații practice, Editura Ceres, București;

11. Bernal, M.P., Navarro, A.F., Roig, A., Cegarra, J., Garcia, D., 1996, Carbon and nitrogen transformation during composting of sweet sorghum bagasse, Biol.Fertil. Soils;

12. Bernal, M.P., Parades, C., Monedero, M.A., 1998, Maturity and stability parameters of composts prepared with a wide range of organic waste. Bioresource Technology, 63, 290;

13. Bilitewski, B., Härdhe, G., MarEk, K., Weissback, A., Boeddicker, H., "WASTE MANAGEMENT" – Springer Edition;

14. Cabridenc, R., 1971, Rôle des micro-organisme dans les processus d'épuration du type“boues activées”. Journée de l'eau. Congrès int. Arts chimiques, Paris;

15. Cabridenc, R., 1973, Biodégradabilité et Toxicité. Session: Les eaux résiduaires dans les IAA.CPCIA Vert le Petit;

16. Chiria, V., Ghederim, Veturia, Ionescu-Sisesti, V., Negulescu, C.A.L., 1977, Epurarea apelor uzate și valorificarea reziduurilor din industria alimentară și zootehnie, Editura Ceres, București;

17. Chandler, J.A., W.J. Jewell, J.M. Gossett, P.J. Van Soest, and J.B. Robertson, 1980, Predicting methane fermentation biodegradability. Biotechnology and Bioengineering, Symposium No. 10, pp. 93-107;

18. Davis, M., Cornewell D., Environmental engineering, McGraw Hill International Editions, Engineering. Lewis Publishers, Boca Raton, Fl. 717 pp;

19. Decun, M., Crainiceanu, E., 1984, Evacuarea, prelucrarea și valorificarea dejecțiilor din fermele zootehnice, Editura Ceres, București;

20. Decun, M., și col., 1991, Decontaminarea dejecțiilor din fermele zootehnice prin fermentare metanică, Lucr. Simp. “Factorii de mediu, producția și sănătatea taurinelor”, Tg. Mureș, 19-20 noiembrie;

21. Dorneanu, A., 1984, Concepții moderne în fertilizarea organică a solului, Editura Ceres, București;

22. Ducellier, G., F. Sauze, 1976, Le méthane biologique, production d'energie, Lutte antipollution, Collection CLEODE.Extrait de la France viticole;

23. Dumitru, M., Nastea, Ș., Răuță, C., Ionescu, Șișești VI., Cîrstea Ș., 1982, Utilizarea reziduurilor zootehnice în agricultură, ICPA, ASAS;

24. Ehrenfried E. Pfeiffer ,1984, Chromatography, applied to quality testing, Bio-Dynamic Literature, Wyoming, RI 02898;

25. Eliade, G., Ghinea L., Ștefanic G., 1975, Microbiologia solului. Bazele biologice ale agrotehnicii, Editura Ceres, București;

26. Fizeșanu Silvia, Cătuneanu, T., Gnandt, Fr., Bejan, M., 2004, Știință și inginerie, vol. 5, „Creșterea calității vieții prin realizarea de energie regenerabilă din deșeuri organice”, Editura AGIR, București, pag. 59-64;

27. Fedorov, M., V., 1957, Microbiologia solului, Editura Agrosilvică de stat, București;

28. Grăzdaru A., Sofronie, D., 1998, Considerații pivind abordarea problemei deșeurilor menajere în România, Conferința națională "Managementul deșeurilor menajere", Târgu-Mureș, 2-4.11;

29. Grosanu, L., 1981, Noi soluții de valorificare a resurselor materiale refolosibile din reziduurile menajere și stradale, vol. “Viitorul începe azi”, Cluj-Napoca;

30. Hobson, P.N.,1976, Anaerobic digestion of agricultural wastes. Reowett Research Institute;

31. Howarth, W.R., L.F. Elliott, and D.B. Churchill, 1995, Mechanisms regulating composting of high carbon to nitrogen ratio grass straw, Compost Science and Utilization 3(3):22-30;

32. Iiyama, K., T.B.T. Lam, B.A. Stone, P.S. Perrin, and B.J. Macauley, 1995, Compositional changes in composts during composting and mushroom growth: comparison of conventional and environmentally controlled composts from commercial farms, Compost Science and Utilization 3(3):14-21;

33. Ionescu, Al., Jinga, I., Ștefanic Gh., 1985, Utilizarea deșeurilor organice ca îngrășământ, Editura Ceres, București;

34. Jackson, M.B., 1977, Review article: The alkali treatment of straws, Animal Feed Science and Technology 2:105-130;

35. Kayhanian, M., 1995, Biodegradability of the organic fraction of solid waste in a high-solids anaerobic digestor, Waste Management and Research 13:123-136;

36. Kayhanian, M. and Tchobanoglous, G., 1992, Computation of C/N ratios for various organic fractions, BioCycle 33 (5):58-60;

37. Kirk, T.K. and R.L. Farrell, 1987, Enzymatic “combustion”: the microbial degradation of lignin. Annu. Rev. Microbiol. 41:465-505;

38. Ladisch, M.R., K.W. Lin, M. Voloch, and G.T. Tsao., 1983, Process considerations in the enzymatic hydrolysis of biomass. Enzyme Microb. Technol. 5(2):82-102;

39. Latham, M.J. Pretreatment of barley straw with white-rot fungi to improve digestion in the rumen. pp 131-137. In: Straw Decay and its Effect on Disposal and Utilization. E. Grossbard (ed.). John Wiley & Sons, Chichester. 337 pp.;

40. Lester Brown, Christopher Flavin, Hilary French, 2000, Starea Lumii 2000, Ed. Tehnică, București;

41. Lynch, J.M. and D.A. Wood., 1985, Controlled microbial degradation of lignocellulose: the basis for existing and novel approaches to composting, pp 183-193.In: Composting of Agricultural and Other Wastes. J. K. R. Gasser (ed.). Elsevier Applied Science;

42. Lynch, J.M., 1992, Substrate availability in the production of composts, Proceedings of the International Composting Research Symposium. H.A.J. Hoitink and H. Keener (Editors);

43. Man C., Ivan I., 1999, Strategii în managementul deșeurilor și reziduurilor, Editura Mesagerul, Cluj-Napoca;

44. Man C., 1995, Cercetări privind potențialul poluant al dejecțiilor și reziduurilor provenite din ferme și complexe zootehnice, “Realizări și perspective în zootehnie și biotehnologii”Cluj-Napoca, vol.XXI;

45. Mănescu, S., Tănăsescu, G., Dumitrache, S., Cucu, M., 1991, Igiena, Editura Medicală, București;

46. McDougal, F., White, P., Franke, M., Hundle, P., Integrated solid waste management:A Life Cycle Inventory – Blackwell Science Edition;

47. Miller, F.C., E.R. Harper, and B.J. Macauley, 1989, Field examination of temperature and oxygen relationships in mushroom composting stacks – consideration of stack oxygenation based on utilization and supply, Australian Journal of Experimental Agriculture 29(5):741-750;

48.Oneț, Aurelia, Oneț C., 2006, Microbiologie agroalimentară lucrări practice, Editura Universității din Oradea;

49. Pepper, I., Gerba, C., Brusseau, M., 2006, Environmental and pollution science, Second Edition;

50. Roșu, G., 1998, Considerații privind deșeurile menajere urbane și procedee de procesare, Conferința națională "Managementul deșeurilor menajere", Târgu-Mureș, 2-4.11;

51. Rusu, T., Bejan, M., 2006, Deșeul – sursă de venit, Editura Mediamira, Cluj-Napoca;

52. Sandu, M., Dobre, A., Mănescu, A., 2007, Ingineria mediului, Editura Matix Rom, București;

53. Sanchez-Monedero M.A., Roig, A., Bernal M.P., 2001, Bioresource Technology ;

54. Sharma, N., Pellizzi, G., 1996, Energy Conversion and Management, 32 (5), 447.;

55. Stancu, V., 1982, Flacăra biogazului, Editura Ceres, București;

56. *** Producerea și utilizarea biogazului pentru obținerea de energie (suport de curs);

57. *** INCDPM-ICIM, Studiu privind metodele și tehnicile de gestionare a deșeurilor, București;

58. *** Ministerul Mediului și Gospodăriri apelor, Metode și tehnologii de gestionare a deșeurilor;

59. *** Proiect de Twinning PHARE , Lopez E., 2006, Tratarea biologică anaerobă a deșeurilor solide urbane. Procesul de biometanizare;