| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Overlevelse af indikatororganismer i komposttoiletter og ved simuleret centraliseret efterkompostering af afføring fra mennesker

5 Overlevelse af indikatororganismer i fæces under optimerede lokalkomposteringsforhold

• 5.1 Indledning
  • 5.1.1 Formål med optimeringsforsøgene
• 5.2 Materialer og Metoder
  • 5.2.1 Forsøgsopsætning
  • 5.2.2 Temperaturmålinger
  • 5.2.3 Mikrobiologisk måleprogram
• 5.3 Resultater
  • 5.3.1 Temperaturforløb i optimeringsforsøg
  • 5.3.2 Mikrobiologiske målinger
• 5.4 Delkonklusioner

5.1 Indledning

Ved målingerne af temperaturer i kompostbeholderne (kapitel 3) blev der ikke påvist termofile temperaturforløb som tegn på at en komposteringsproces fandt sted. På den baggrund blev der igangsat en forsøgsrække bestående af tre adskilte optimeringsforsøg med henblik på at opnå termofile temperaturer i materialet. Det blev valgt at udføre forsøgene med 220 l affaldsbeholdere, da denne type er udbredt og f.eks. udgør en stor del af komposttoiletsystemer i Hjortshøj. Det var desuden hensigten at benytte et meget enkelt forsøgsdesign for at kunne opnå optimering af processen uden større investeringer og for så vidt muligt ved anvendelse af forhåndenværende materialer.

For at optimere komposteringsprocessen fokuseredes på følgende emner: forbedring af den mikrobielle omsætning, og derved øget varmeudvikling i kompostbeholderne, ved anvendelse af letomsættelige tilslagsmaterialer, forbedring af iltforholdene i beholderne ved anvendelse af et simpelt beluftningssystem samt minimering af varmetab fra beholdere vha. isolering.

Ved valg af tilslagsmaterialer blev der lagt vægt på, at de skulle være alment tilgængelige og billige i anskaffelse. Friskt afklippet græs opfylder disse betingelser og er samtidigt kendt for at kompostere under høj varmeafgivelse (Warman and Termeer, 1996). På forslag af en thailandsk gæsteforsker på KVL (pers. komm. dr. Arnat Tancho) suppleredes græsafklippet desuden med en vandig opløsning af sukker og forskellige næringsstoffer.

For at begrænse behovet for investering i teknisk udstyr blev det besluttet – i stedet for at benytte elektriske blæsere – at installere et simpelt system til passivt beluftning af beholderne bestående af perforerede drænrør, som anbragtes lodret i materialet.

Da indledende undersøgelser viste, at det var vanskeligt at opnå høje temperaturer i kompostmaterialet i uisolerede beholdere, blev det besluttet at anvende vintermåtter af stenuld som isoleringsmateriale. Anvendelse af vintermåtter har den fordel, at de ofte er tilgængelige på landbrug samt indgår i det almindelige varesortiment hos byggevarefirmaer etc.

5.1.1 Formål med optimeringsforsøgene

• at undersøge muligheden af, med simple tiltag, at optimere komposteringprocessen i kompostbeholdere og evaluere effekten på reduktionen af indikatororganismer, tilsatte smitstofindikatorer og parasitter.

5.2 Materialer og Metoder

5.2.1 Forsøgsopsætning

Der blev indhentet tre stk. 220 l affaldsbeholdere med indhold af fæces fra Hjortshøj. Fæcesmaterialet havde varierende alder. Det ældste var i en beholder, som brugerne oplyste blev taget fra faldstammen i slutningen af 2001.

Der blev udført tre forsøg med henblik på at optimere komposteringsprocessen i affaldsbeholderne. For at sikre tilstrækkelige mængder af forsøgsmateriale til det egentlige optimeringsforsøg (forsøg 3) blev der anvendt dybstrøelse i forsøg 2 i stedet for fæcesmateriale fra Hjortshøj. Der blev i forsøg 1 og 2 udelukkende målt temperaturforløb i beholderne, mens der i forsøg 3 desuden blev tilsat smitstofindikatorer og parasitæg. En oversigt over de forskellige forsøg kan ses i tabel 5.1.

Tabel 5.1. Forsøg med henblik på at forbedre komposteringsprocessen i 220 l affaldsbeholdere.

En beskrivelse af forsøg 1 og 2 samt en mere detaljeret beskrivelse af div. optimeringstiltag findes i bilag B. Nedenfor er udelukkende gjort rede for opsætning af optimeringsforsøg 3:

Fæcesmateriale

To 220 l affaldsbeholderes indhold blev tømt ud, blandet sammen og de største klumper af materiale slået i stykker med en skovl. Materialet fordeltes derefter i de to beholdere med 31,5 kg materiale i hver. Kompostmaterialets tykkelse var ca. 60 cm.

Tilslagsmaterialer

Der blev tilsat 25,5 kg friskt afklippet græs pr. beholder. Der blev desuden tilsat en sukkeropløsning bestående af 1,8 kg husholdningssukker og 200 g NPK gødning (18 % N) opløst i 3 liter vand ved forsøgets start.

Beluftning

Der blev placeret to stk. plasticdrænrør (ID 80 mm) à ca. 80 cm længde med ca. 20 cm afstand lodret i materialet på diagonalen mellem beholderens hjørner.

Isolering af beholdere

Hver beholder blev isoleret med tre stk. Rockwool vintermåtter (længde: 3 m, tykkelse 4 cm), desuden blev beholderne placeret på en 5 cm tyk Flamingoplade.

Tilsætning af smitstofindikatorer

Kapsler med fæcesmateriale indeholdende S. senftenberg og S. typhimurium fag 28B blev forberedt som i afsnit 4.2.3.1 og tilsat beholder 1. Der blev boret en vertikal kanal i materialet med en tilspidset træstang, hvorefter der blev placeret to kapsler i hvert af tre niveauer i beholder 1:

1. top = ca. 5 cm fra kompostmaterialets overflade

2. midt = ca. 30 cm fra kompostmaterialets overflade

3. bund = ca. 50 cm fra kompostmaterialets overflade

Tilsætning af parasitæg

Nylonposer indeholdende æg af A. galli (forberedt som beskrevet nedenfor i afsnit 5.2.3.1) blev ligeledes tilsat beholder 1, idet de blev placeret ved siden af kapslerne i de tre nævnte niveauer. Dog blev der kun tilsat én pose pr. niveau. I den identisk forberedte kompostbeholder (beholder 2) blev der tilsat nylonposer efter samme princip og fordeling.

Både kapsler og nylonposer blev placeret centralt i det horisontale niveau lokaliseret tæt ved en temperaturprobe.

Kapsler og nylonposer blev lagt i kompostholderne d. 22/1 2003 (dag 0) og udtaget d. 12/2 2003 (dag 21).

Ved prøvetagningen dag 21 blev pH i kompostmaterialet bestemt til 7.9.

5.2.2 Temperaturmålinger

I hver beholder blev temperaturen målt 6 forskellige steder hvert 10. min. Data blev opsamlet ved hjælp af 5-kanalsdataloggere (Ninasoft, Kolding). Målingerne blev taget i tre lag (top = 15 cm, midt = 30 cm og bund = 45 cm fra kompostmaterialets overflade) to steder i hvert lag (centralt = i midten og nær hjørne = ca. 15 cm fra et hjørne). Desuden blev omgivelsernes temperatur registreret. Temperaturproberne blev monteret på bambuspinde for at sikre en præcis placering under forsøgets gang.

5.2.3 Mikrobiologisk måleprogram

Tabel 5.2. Måleprogram for optimeret komposteringsforsøg

1 Suspekte termotolerante coliforme bakterier er kolonier optalt på det anvendte selektive agarmedium, men som ikke er bekræftet ved test for gas- og indolproduktion

Med udgangspunkt i forekomsten af indikatororganismer og smitstoffer i menneskefækalier og egnede indikatorer til undersøgelse for forekomst af smitstoffer som beskrevet i kapitel 2 blev følgende mikrobiologiske parametre udvalgt til måleprogrammet (tabel 5.2). Måleparametre og metoder blev godkendt af Miljøstyrelsen. Alle prøver blev indsamlet af og analyseret ved Institut for Veterinær Mikrobiologi, KVL. Ved hver prøveudtagning blev prøver straks efter udtagelse placeret på køl (ca. 10 °C) og transporteret til laboratoriet, hvor analysen påbegyndtes inden for 1-2 timer.

5.2.3.1 Forberedelse af nylonposer med Ascaridia galli æg

Voksne A. galli hunorm blev udtaget fra tyndtarmen af en høne fra et økologisk fjerkræhold. I hver enkelt hunorm blev æggelederen lokaliseret, udtaget og æggene kunne derefter oprenses. Æggene blev opbevaret i 0,1 NH₂SO₄ indtil brug. En stamopløsning med ca. 5000 æg/ml blev anvendt til tilsætning til nylonposer.

Fremstilling og forberedelse af nylonposer

Nylonnet med en porestørrelse på 20 m blev brugt til fremstilling af nylonposerne. Et stykke nylonnet på 6 x 12 cm blev foldet på midten og limet sammen på de to langsider. Efter tørring af limen blev 2 ml æg-stamopløsning, indeholdende ca. 10.000 A. galli æg tilsat. Posen blev derefter lukket med lim. For at beskytte poserne og for lettere at kunne fastgøre en snor til disse, blev hvert enkelt af poserne lagt ind i en større pose af tyl, som blev lukket med nylonsnor.

Under transport til kompostbeholderne blev poserne opbevaret i et bægerglas med destilleret sterilt vand for at undgå udtørring af æggene. Ved forsøgets start (dag 0) blev der desuden udtaget 3 x 2 ml fra æg-stamopløsningen til opsætning af tre kontrolassays som test for æggenes udviklingsevne på dag 0.

5.2.3.2 Analyse for bakterielle indikatororganismer og smitstofindikatorer

Analysen for bakterielle indikatororganismer og smitstofindikatorer blev gennemført som beskrevet i afsnit 4.2.3. med undtagelse af analysen for A. galli, som er beskrevet i det efterfølgende.

Ascaridia galli ægudviklingsassay

Nylonposer blev udtaget fra kompostbeholderne og transporteret til laboratoriet. Samme dag blev Ascaridia æggene i nylonposerne vasket i et bægerglas to gange med destilleret vand. Posen blev derefter åbnet, og æggene vasket direkte ned i en 18 cm petriskål med en opløsning af 0,1 NH₂SO₄, hvorefter der blev fyldt op til en vandstand på 5 mm (ca. 28 ml) med 0,1 NH₂SO₄. Petriskålene blev derefter inkuberet i fire uger ved 20 °C i mørke. I løbet af inkubationsperioden blev lågene taget af petriskålene i 10-15 minutter minimum to gange om ugen for at sikre tilstrækkelig ilttilførsel.

Bestemmelse af æg med infektive larver

Efter inkubationsperioden blev indholdet af hver petriskål vasket ned i et 50 ml centrifugerør med destilleret vand og stillet i køleskab natten over til sedimentation af parasitæggene. Der blev derefter afpipetteret ned til et restvolumen på ca. 5 ml, hvoraf der forsigtigt blev udtaget 50 l fra spidsen af centrifugerøret med en automatpipette. Æggene blev undersøgt under mikroskop ved 100x forstørrelse for deres udviklingsstadium, således at procentdelen af embryonerede æg (æg indeholdende en infektiv larve) kunne bestemmes.

5.3 Resultater

5.3.1 Temperaturforløb i optimeringsforsøg

I forsøg 1 blev der tilsat en mindre mængde frisk græs samt en sukkeropløsning til fæcesmaterialet, men beholderen blev ikke isoleret. Maksimumstemperaturen under forsøgets gang (se bilag B) var kun 36 °C Dette skyldes dels omgivelsernes lave temperatur, som nåede ned til -6 °C, dels at beholderen ikke var isoleret.

I optimeringsforsøg 2 (se bilag B) blev beholderen isoleret og ventilationssystemet blev forbedret med installation af to drænrør i kompostmaterialet. Desuden blev der tilsat en større mængde græs end i det foregående forsøg. Disse tiltag medførte en kraftig øgning af temperaturen i kompostmaterialet. Der opnåedes en maksimumtemperatur på 68 °C centralt i beholderens midte i forbindelse med en yderligere tilsætning af sukkeropløsning til beholderen ca. tre døgn efter forsøgets start.

På baggrund af ovenstående forsøg fastlagdes designet for det egentlige optimeringsforsøg (forsøg 3), hvor der blev tilsat smitstoffer og parasitter til kompostmaterialet. Der blev benyttet en stor mængde tilslagsmateriale i forhold til fæcesmængden, og sukker/næringsstofopløsningen blev gjort så kraftig som mulig for at undgå vandansamlinger i bunden af beholderen.

Klik her for at se figuren.

Fig. 5.1. Optimering af komposteringsproces i 220 l kompostbeholder (beholder 1) ved tilsætning af friskt græs og sukkeropløsning til fæcesmateriale. Der blev målt temperaturer centralt i materialet samt ca. 15 cm fra et hjørne i tre niveauer: i toppen (15 cm under kompostoverfladen) , i midten (30 cm under kompostoverfladen) og i bunden (45 cm under kompostoverfladen).

Fig. 5.1 og 5.2 viser temperaturforløbet i to affaldsbeholdere, hvor der blev foretaget identiske tiltag for at optimere komposteringsprocessen som beskrevet ovenfor. De to beholdere udviste næsten samme temperaturforløb. Maksimumstemperaturer på hhv. 58 °C og 56 °C blev i begge beholdere opnået centralt i materialet i det midterste lag. I begge beholdere var temperaturen meget ens inden for de tre horisontale lag, hvor der blev målt: Det havde således ikke stor betydning, om materialet var placeret nær et hjørne eller centralt i beholderen, men det afgørende for temperaturudviklingen var placeringen i top, midte eller bund. Dette forhold indikerer, at isoleringen af beholdernes sider var tilstrækkelig.

De højeste temperaturer blev opnået i det horisontale midterplan; formodentlig var her tilstrækkelig gode iltforhold, samtidig med at den overliggende kompost isolerede mod varmetab. I toppen af beholderne bevirkede kontakt med kølig luft fra omgivelserne, at temperaturen hurtigt faldt under 30 °C. Temperaturen i bunden af beholderne nåede et maksimum på hhv. 45 og 39 °C i de to beholdere. De velisolerede forhold i beholdernes bund var tilsyneladende ikke i stand til at opveje, at ventilationssystemet sandsynligvis ikke var tilstrækkelig til at sikre aerobe forhold under hele forsøgsperioden.

Klik her for at se figuren.

Fig. 5.2. Optimering af komposteringsproces i 220 l kompostbeholder (beholder 2) ved tilsætning af friskt græs og sukkeropløsning til fæcesmateriale. Der blev målt temperaturer centralt i materialet samt ca. 15 cm fra et hjørne i tre niveauer: i toppen (15 cm under kompostoverfladen) , i midten (30 cm under kompostoverfladen) og i bunden (45 cm under kompostoverfladen).

5.3.2 Mikrobiologiske målinger

5.3.2.1 Overlevelse af bakterielle og virale indikatorer

Resultaterne for analyser af fækalt materiale placeret i toppen af kompostbeholder 1 er vist i fig. 5.3, resultater fra analyser af materiale placeret i midten af beholderen er vist i fig. 5.4 og resultater fra analyser af materiale placeret i bunden af kompostbeholderen er vist i fig. 5.4.

Generelt var der god overensstemmelse mellem de mikrobiologiske fund i materiale fra de to replikater af kapsler, som blev analyseret ved hver måling.

I fækalt materiale placeret i toppen af kompostbeholder 1 skete der en kraftig reduktion i antal suspekte termotolerante coliforme fra 10⁵ cfu/g til <10 cfu/g og for S. senftenberg fra 10⁹ til <10 cfu/g (fig. 5.3). Der skete ligeledes en markant reduktion i antal S. typhimurium fag 28B (10⁸ til 10² cfu/g), medens der kun skete en ringe reduktion i antal enterokokker og kim ved 37 °C. For de to sidstnævnte parametre kunne dette indikere bakteriel vækst.

I materiale placeret i midten af kompostbeholder 1 skete der en kraftig reduktion i antal suspekte termotolerante coliforme bakterier fra 105 cfu/g til <10 cfu/g og S. typhimurium fag 28B (10⁹ til 10⁵ pfu/g) (fig. 5.4). Der blev påvist nogen reduktion af S. senftenberg (10⁹ til 10⁶ cfu/g) og ringe eller ingen reduktion af antal enterokokker og kim ved 37 °C.

I materiale placeret i bunden af kompostbeholder 1 skete der en reduktion i antal suspekte termotolerante coliforme (10⁵ til 10² cfu/g) og i antallet af S. senftenberg (10⁹ til 10⁷ cfu/g) (fig. 5.5). Der skete ingen eller kun ringe reduktion i antallet af S. typhimurium fag 28B og kim ved 37 °C. Derimod fandtes der en stigning i antal enterokokker (10⁴ til 10⁶ cfu/g), hvilket kunne tyde på eftervækst af enterokker.

Fig. 5.3. Reduktion i antal mikroorganismer i fækalt materiale placeret i toppen af kompostbeholder 1 (resultater af dobbeltbestemmelser er angivet).

Fig. 5.4. Reduktion i antal mikroorganismer i fækalt materiale placeret i midten af kompostbeholder 1 (resultater af dobbeltbestemmelser er angivet).

Fig. 5.5. Reduktion i antal mikroorganismer i fækalt materiale placeret i bunden af kompostbeholder 1 (resultater af dobbeltbestemmelser er angivet).

5.3.2.2 Overlevelse og udvikling af A. galli æg

Den procentvise forekomst af A. galli æg, som kunne udvikles til det infektive stadium efter placering i fækalt materiale i toppen, i midten og i bunden af kompostbeholder 1 og 2, er vist i tabel 5.3.

I kontrolassays sat op på dag 0 var 41 % af A. galli æggene i stand til at udvikle sig til det infektive stadium (infektiv larve i æg). Det er normalt, at kun op mod halvdelen af tilførte æg i kontrolassays kan udvikle sig til en infektiv larve.

Efter 21 dage i kompostbeholderne kunne der måles en effekt på æggenes embryoneringsevne, idet ingen æg efter eksponering i de tre niveauer i kompostbeholder 1 kunne embryonere. I beholder 2 kunne ingen af æggene placeret i toppen og under 1 % af æggene placeret i midten efterfølgende embryonere, mens 24% af æggene placeret i bunden af beholderen var i stand til at embryonere.

Tabel 5.3. Ascaridia galli ægembryoneringsassay. (Beholder 1 indeholdt endvidere kapsler med fækalt materiale tilsat S. senftenberg og S. typhimurium fag 28B).

5.4 Delkonklusioner

• Det lykkedes ikke at opfylde "Slambekendgørelsens" krav om opholdstid/temperatur (mindst én time ved minimum 70 °C) for at sikre hygiejnisering af materialet, idet maksimumstemperaturerne under optimeringsforsøget blev målt til 56,8 °C i midten af beholderne. Langs siderne nåede temperaturen i beholder 2 ikke over 37,3 °C.
• Anvendelse af kapsler med semi-permeabel membran ifyldt findelt fækalt materiale medførte begrænsede variationer i kimtal og var derfor velegnet til tilsætnings- og overlevelsesførsøg med S. senftenberg og bakteriofag
• I materiale placeret i midten af kompostbeholderne blev der målt en maksimal temperatur på 56,8 °C, og der fandtes her som forventet en kraftig reduktion i antallet af suspekte termotolerante coliforme bakterier.
• S. senftenberg og S. typhimurium fag 28B blev ikke reduceret så hurtigt og kraftigt som forventet. Dette skyldes sandsynligvis, at der ikke blev opnået en ensartet temperatur i materialet i midten af kompostbeholderen.
• Antallet af S. typhimurium fag 28B blev kraftigere reduceret i toppen end i midten af kompostmaterialet. Dette kunne skyldes en effekt af udtørring, idet virus er følsomme over for udtørring.
• Antallet af enterokokker blev generelt ikke reduceret nævneværdigt. Der fandtes tilmed en stigning i antal enterokokker i materiale fra bunden af kompostbeholderen, hvilket indikerer en mulig eftervækst.
• I beholder 1 og 2 blev der opnået en temperatur på mere end 55 °C i midten af kompostmaterialet i hhv. 52,3 og 30,2. timer. Dette bevirkede, at ingen A. galli æg kunne udvikle sig til infektivt stadium i beholder 1, og under 1 % kunne udvikle sig i beholder 2.
• I materiale fra bunden af beholderene, kunne ingen A. galli æg udvikle sig til det infektive stadium i beholder 1, medens >20 % af æggene kunne udvikles i bunden af beholder 2, hvor maksimumtemperaturen var 8,7 °C lavere end i beholder 1.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Oktober 2005, © Miljøstyrelsen.