HULLADÉKOK ENERGETIKAI ÉS BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSA 8.3 Biohumusz-készítés ehetetlen burgonya biomasszából Tárgyszavak: burgonyamassza hasznosítása; biohumusz előállítása; csíráztatás laskagombán; hulladékfeldolgozás hatásfoka. A növényi hulladék feldolgozását nyereségesebbé teszi a biohumuszkészítés. Erre példa a búzaszalma hasznosítása, amelynek során azt első lépcsőben laskagombával ún. maradvánnyá és gombaterméssé alakították, majd a maradványból gilisztával biohumuszt készíttettek. Laskagombát eddig ehetetlen burgonya biomasszán nem tenyésztettek. A kísérlet célja az ehetetlen burgonya biomasszák kétlépcsős biológiai átalakítása laskagombával és gilisztával biohumusszá, s a búzaszalmából készíthető biohumusszal való összehasonlítása hatékonyság szempontjából. Módszerek Szervezetek A laskagomba tenyészeteket (Pleurotus florida Fovose) és a kaliforniai gilisztát (Eisenia foetida) a Biofizikai Intézet Ökológiai Biotechnológia Laboratóriumában (Orosz Biofizikai Akadémia, Szibériai Részlege) tartották fenn. Hulladékfélék 1. Burgonyaszár, levél és gyökér 2. Búzaszalma 3. Az előző két hulladék keverékei (1:3, 1:1, 3:1 burgonya/szalma (száraz tömeg szerint). Anyagkészítés a mintákból Az ehetetlen burgonya növényi halmazt (1 3 cm darabokból állt) 70%- osra nedvesítették, 3 l-es üveg kezelőedénybe helyezték, 2 órán át 1 atm
nyomású gőzzel fertőtlenítették. Az anyagot hűtés után laskagombacsírával beoltották, az üvegeket termosztátba tették. Az anyag átalakítása laskagombával A csíráztatóban steril viszonyokat tartottak fönn. Az anyagot tartalmazó üvegedényeket a termosztátból üvegajtós, rozsdamentes acél, 80 80 50 cmes termesztőszekrénybe tették át. A szekrényben fénycsöves világítás segítette a gombatermesztést, a légnedvességet permetező tartotta fenn. A termesztőszekrényben a gombatestek nemsteril viszonyok között jöttek létre. Két gombatermést szüreteltek le. Az első szüret a beoltás utáni 50 60. napon, a második a 70 80. napon volt. A laskagomba összes növési ideje mintegy 80 nap volt. A csíráztatás és a termesztés során a laskagombára ajánlott mikroklímát tartották fönn. A kapott maradék anyagot (maradványt) gilisztás művelésre vitték. A maradvány gilisztás átalakítása A maradványt az üvegedényekből két 10 10 40 cm-es fadobozba tették, s ebben kifejlett gilisztákkal kezeltették hat hónapon át. Fajlagosan 100 g nedves maradványra öt giliszta jutott. A kezelés során a maradvány nedvességtartalmát 75 80%-on, hőmérsékletét 20 50 C-on tartották. Az érett biohumusz a maradványból és gilisztaürülékből állt. A biohumuszból kiszedték a gilisztákat, és búzát ültettek bele, hogy minőségéről képet kapjanak. A termesztés A búzát 15 15 15 cm-es fadobozban termesztették, egy dobozban 700 g szárazanyagnyi biohumusz volt. Egy négyzetméteren 1100 (dobozonként 25) növény volt. A növényeket június 1-jétől augusztus 15-ig ápolták természetes fényű üvegházban, 15 30 C-on. A biohumusz nedvességét 60 70%-on tartották. A búzát megérése után leszedték, és 105 C-on kiszárították, majd összes ehető szárazanyag-tartalmát meghatározták. Vegyelemzés A minták szárazanyag-, hamu-, össznitrogén, foszfor- és káliumtartalmát szabványos módszerrel meghatározták. A széntartalmat a képlettel számították. % C = (100 hamu %)/1,8
A huminsavtartalmat tömeg szerinti elemzéssel határozták meg lúgos extrahálás, majd a kioldott huminsav sósavval való kicsapatása után. A hulladékfeldolgozás hatásfoka Ezt a következő mutatókkal mérték: anyagveszteség, másodlagos élelmiszer előállítás (gombatestek), a biohumusz huminsavtartalma, a sikeres kísérletek viszonyszáma, a biohumusz termékenysége. A szárazanyag-veszteséget a kiinduló tömeg százalékában mérték. A másodlagos élelmiszer előállítást a biológiai hatásfokkal mérték: a gombatestek nedves tömege és a termesztődobozba rakott szárazanyag százalékában. A biohumusz termékenységét a teljes hozam (Y t ) és az ehető búza (Y e ) mutatókkal mérték, az Y t = P t /S; Ye = P e /S képletekkel számolták, ahol a P t a búza teljes bioszárazanyag-tömege a termesztés végeztével, a P e pedig a búza bioszárazanyag-tömege termesztődobozonként a termesztés végeztével, S a termesztődoboz felülete. A sikeres kísérletek viszonyszámát a sikeres átalakítási kísérletek száma (n s ) és az összes kísérlet n t hányadosa adja: R = 100 n s /n t A biológiai átalakítás sikertelennek számított, ha maradvány kerti földdel vagy baktériummal keveredett, ill. szennyeződött csíráztatás alatt, vagy a maradványban a giliszták elpusztultak vagy nem szaporodtak. Értékelés Az ehetetlen burgonya biomassza NPK tartalma nagyobb, széntartalma kisebb volt, mint a búzaszalma biomasszáé (1. táblázat). A 2. táblázat adataiból látható, hogy mindkét hulladék esetében a biológiai átalakítás vesztesége 73 78% volt, ami az anyagcsere-folyamat közben keletkező szén-dioxidnak és víznek tudható be. A kísérletek 6 7%-ában az ehetetlen burgonya és a búzaszalma biomasszát kerti föld és baktérium fertőzte. A szennyezés után a csíráztatást részben vagy teljesen leállították. A szennyezés következtében a biohumusz biológiai hatásfoka és termékenysége csökkent. Az ehetetlen burgonyából kapott biomassza kevésbé alkalmas a másodlagos élelmiszer készítéshez, mint a búzaszalmából kapott. Biológiai hatásfoka 75%-os, azaz 11%-kal kisebb a búzaszalmáénál. Az ehetetlen burgonyából kapott biohumuszon kevesebb búza termett.
Hulladék és biohumusz jellemzők* 1. táblázat Minta Szalma Ehetetlen burgonya biomassza Szalmából készült biomassza Ehetetlen burgonya biomasszából készült biohumusz Ehetetlen burgonya és szalma 1:3 keverékéből készült biohumusz Mutatók (a minta száraz %(m/m)-ában) Hamu 5 13 19 34 30 szerves szén 53 48 45 37 39 nitrogén 0,93 2,5 2,95 6,33 4,86 foszfor 0,087 0,17 0,11 0,35 0,23 kálium 1,65 6,27 6,12 14,42 10,21 *az adatok három meghatározás átlagai. A biohumusz adatok csak a sikeres kísérletekből származnak. A hulladékfeldolgozás hatásfoka a 2. táblázat Mutatók Hulladék Búzaszalma Ehetetlen burgonya biomassza 1 : 3 arányú keverékük Anyagveszteség, % 78 73 80 Biológiai hatásfok, % b 86 75 95 Biohumusz huminsavtartalma, % b 5,3 7,4 6,9 Sikeres kísérletek viszonyszáma, % 94 67 92 A biohumuszon termett összes biomassza, g/m 2 4067 3881 4150 A biohumuszon termett ehető biomassza, g/m 2 1547 1135 1355 a A biohumusz termékenység és huminsavszám három kísérlet átlaga, az anyagveszteség és biológiai hatásfok 36 kísérlet átlaga. A sikeres kísérletek viszonyszámát mind a 36 kísérletben mindkét hulladékra meghatározták. Az adatok csak a sikeres kísérletekre vonatkoznak. b szárazanyag %(m/m). Az ehetetlen burgonya biomassza átalakításakor a sikertelen kísérletek viszonyszáma 67% volt. A folyamatban kritikus paraméter a giliszták megtelepedési ideje a laskagomba-termesztés után kapott maradványon. A sikertelen kíséretek során a maradvány ammóniát fejlesztett, s az ammóniás anyaghoz a
giliszták nem tudtak alkalmazkodni. Az ammóniakibocsátás magyarázata lehet, hogy gombatermesztés közben rothasztó baktériumok keletkeztek az anyagban. A rothadási folyamatok kiteljesedése pasztőrözéssel megállítható. A kísérletben 7 napos 60 C-os pasztőrözéssel lehetett eltávolítani az ammóniaszagot, s ezzel az anyagot a giliszták számára lakhatóvá tenni. Mindazonáltal a pasztőrözött anyagban a gilisztakultúra gyengébben fejlődött, s a belőle kapott biohumusz termékenysége is 20 36%-kal kisebb lett. A búzaszalmafeldolgozással nem voltak ilyen gondok, a belőle kapott biohumusz, a huminsavszám kivételével, minden tekintetben jobb volt, mint a burgonyából kapott. Kiderült, hogy az ehetetlen burgonya biomasszát a bioátalakítási folyamatba búzaszalmával keverten célszerű bevonni. 1: 1 és 1:3 keverékkel a sikeres kísérletek viszonyszáma 80, ill. 74% volt. A folyamat a gilisztabetelepítés után ammóniaképződés miatt általában megszakadt. Az 1:3 arányú keverék bizonyult a legjobbnak (2. táblázat). A keverékkel végzett sikeres kísérletek viszonyszáma láthatóan nem egyedül a búzaszalma-bioátalakítástól függött. (Herczegh József) Manukowsky, N.; Kovalev, V.: Two-stage biohumus production from inedible potato biomass. = Bioresource Technology, 78. k. 3. sz. 2001. júl. p. 273 275. Huang, J. S.; Wang, C. H.; Jih, C. G.: Empirical model and kinetic behavior of thermophilic composting of vegetable waste. = Journal of Environmental Engineering, 126. k. 11. sz. 2000. p. 1019 1025.