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

Kompostering og efterkompostering af humane restprodukter indeholdt i afvandet "sort" spildevand

4 Kompostering og komposttoiletsystemer

I det følgende beskrives kort kompostering, komposteringsprocesser samt komposttoiletsystemer. Hensigten er at karakterisere de i projektet anvendte komposttoiletsystemer og af komposteringen i systemerne. Der er kun tale om en overordnet præsentation af systemkomponenter i forskellige komposttoiletsystemer og ikke om en beskrivelse af eller gengivelse af erfaringer med enkelte modeller eller processer. Angivne referencer vil kunne give en oversigt over konkrete modeller og erfaringer fra driften.

4.1 Kompostering

Beskrivelsen af kompostering og komposteringsproces i dette afsnit bygger hovedsagelig på Kalkoffen et al. (1995) og Del Porto et al.(2000).

Kompostering er en aerob proces, aerob forrådnelse/udrådning, hvor den organiske del af fugtige restprodukter/affaldsprodukter bliver mineraliseret eller lavet om til stabile humusstoffer ved hjælp af iltforbrugende mikroorganismer, der i processen frigiver CO₂ og vand. Processen har ideelle betingelser ved en fugtighedsprocent i kompostmassen på 45–70% (Del Porto et al. 2000), Kalkoffen et al. (1995) angiver 55% og (Boisen 1995) 50–70%. Hvis fugtighedsprocenten er væsentlig højere reduceres mikroorganismernes aktivitet på grund af begrænset tilgang af ilt. Ved en tørstofprocent på under 20 vil den høje fugtighed presse luft ud af hulrummene imellem partiklerne i kompostmassen (Boisen 1995). Ved meget lav fugtighed reduceres aktiviten af begrænset tilgang af væske (Esrey et al. 1998).

Kompostering kan differentieres i forhold til andre aerobe processer ved hjælp af fugtindholdet i såvel udgangsmateriale som i slutprodukt. Vådkompostering (aerob termofil slamstabilisering) foregår ved iltning af vandmættet pumpbart materiale (Norin 1996A, Norin 1996B, Skjelhaugen 1999, Wrisberg et al. 2001). Dehydrering foregår ved udtørring af materiale til maksimum 25% væske ved fordampning og tilsætning af absorberende tilslagsstoffer(Esrey et al. 1998, Del Porto 2000, Austin 2001A, Austin 2001B).

Komposteringsprocessen kan deles op i tre faser: Nedbrydning, ombygning og opbygning. Afgørende er kontinuerlig tilgang til ilt. Tilvæksten af mikroorganismer er eksponentiel i kompostmassen. Tilvæksten bestemmes i høj grad af C/N-forholdet, hvor 30:1 regnes for ideelt (Del Porto et al. 2000). Boisen (1995) angiver 27:1 og Esrey et al. (1998) 25:1 som det ideelle forhold. C/N-forholdet er 7,5 i fækalier og 0,8 i urin (Del Porto et al. 2000). C/N-forholdet er således meget langt fra det ideelle i urin og tilførsel af urin til komposten kan have negativ indflydelse, hvis der ikke kompenseres ved tilførsel af materiale med højt C/N-forhold.

Først udnytter mikroorganismerne de let nedbrydelige substanser som sukker og enkle kulhydrater som næringskilde i en proces med faldende pH. I det videre forløb anvendes også cellulose, æggehvide, fedt m.m. I denne fase stiger pH og nærmer sig neutral. Svampe og actinomyceter udvikler sig.

Faserne er kendetegnet ved reduktion af masse. I den sidste fase, der også kaldes modningsfasen, som oftest først foregår i den frie natur, sker der en opbygning af stabile huminsyrer. Processen giver den færdige kompost en karakteristisk mørk farve og lugt af jord. Grønne og blå alger danner vigtige forbindelser, og makrofauna som bl.a. regnorme danner ved hjælp af bestanddele af ler, den for jorden optimale krummestruktur. Den samlede volumenreduktion kan være 70–90%.

Ved komposteringen bliver det muligt for mikroorganismerne at udnytte mere end en tredjedel af energiindholdet i materialet, mens den store restmængde bliver frigivet som varme. Her fremkommer endnu en mulighed for differentieringer inden for den samlede kompostproces: Perioder med henholdsvis temperaturstigning, konstante temperaturer eller faldende temperaturer.

Den energi, der frigives ved komposteringen, kommer ikke automatisk til udtryk ved en temperaturstigning. Varmen kan blive ventileret eller drænet væk. Udvikling af termofile temperaturer, der f.eks. kan virke reducerende på antallet af smitstoffer, kræver bestemte betingelser og optræder kun i bestemte faser. Den mikrobiologiske aktivitet fordobles for hver stigning på 8–10⁰C i intervallet 10–50⁰C, og der regnes ikke med aktivitet under 5⁰C. Forskellige typer af mikroorganismer er fremherskende ved forskellige temperaturintervaller. Ved 6–20⁰C er det primært svampe og actinomyceter, der er aktive, hvor det ved 21–45⁰C især er mesofile bakterier og ved 46–71⁰C især er termofile bakterier. Fugtighedsprocenten har stor betydning for mikroorganismernes aktivitet og for hvor meget energi, der kræves til fordampning.

Bakterier kan også nedbryde og udrådne organiske substanser uden tilgang af ilt. Der bliver her tale om en anaerob gæring med, hvis der ikke er tale om et biogasanlæg, produktion af uønskedede produkter som metan, svovlbrinte, ammoniak og andre delvis giftige og stinkende stoffer. Ved tilførsel af ilt kan kompostering dog også finde sted i flydende substanser (vådkompostering)

(Norin 1996A, Norin 1996B, Skjelhaugen 1999).

Den tidsmæssige opbygning af kompostvolumenet kan være kontinuerlig og langsom, bestemt af en begrænset mængde af køkkenaffald eller af begrænset udsondring af fækalt materiale i en husstand, der dagligt tilføres en stor beholder. Kompostvolumenet kan dog også opbygges hurtigt ved indsamling af materiale fra mange husstande, som overføres til en stor kompostreaktor på en gang. Opbygningen kan endvidere ske hurtigt ved f.eks. overpumpning af materiale fra en hustank, eller hvis der på anden vis er samlet materiale i en enkelt husstand over længere tid. Tidsmæssig opbygning har stor betydning for temperaturudviklingen især i uisolerede, uopvarmede, ventilerede og drænede systemer.

Størrelsen af kompostvolumenet kan variere fra små beholdere med køkkenaffald eller fækalier, som bruges af enkeltpersoner, til store kompostreaktorsystemer, der behandler indsamlet materiale i byer eller et større opland. Størrelsen har ligeledes stor betydning for temperaturudviklingen.

Det nødvendige tidsforbrug, frem til slutprodukt, er dels bestemt af processen, men også af krav til slutproduktet. En række krav til et slutprodukt bl.a. vedr. reduktion af indikatororganismer kan langt hurtigere opfyldes ved styret reaktorkompostering i store batch med høje temperaturer end ved kompostering i små passive systemer. Høje krav til omsætning kan ligeledes nødvendiggøre lang procestid i passive systemer.

Slutprodukt kan karakteriseres ud fra tørstofindhold, mikrobiologiske parametre, pH, lugt, konsistens, indhold af næringsstoffer, tungmetaller og miljøfremmede stoffer.

4.2 Komposttoiletsystemer

Komposttoiletsystemer kaldes også multtoiletter, formuldningstoiletter, biologiske toiletter, tørre toiletter eller vandfrie toiletter, men kan også have vandskyllende toiletstole som systemkomponenter. En beskrivelse af specifikke systemer og modeller findes en række steder (Kalkoffen et al. 1995, Konsumentverket 1996, Stubsgaard 1996, Drangert et al. 1997, Etnier et al. 1997, Lange et. al. 1997, Del Porto et al. 2000, Dyck-Madsen et al. 2000, DTI 2001, Backlund et al. 2002). Nedenstående generelle beskrivelser bygger hovedsagelig på Del Porto et al. (2000).

Kompostering af materiale i komposttoiletsystemer er mere eller mindre kontrollerede aerobe processer. Komposttoiletsystemer er afhængige af ikke vandmættede forhold, hvor aerobe bakterier og svampe kan nedbryde organisk materiale, som det også foregår i f.eks. en havekompost.

En vigtig opgave for et komposttoiletsystem er at indeslutte kompostmaterialet og reducere antallet af potentielt sygdomsfremkaldende organismer og dermed risikoen for smitte af mennesker og dyr. Systemet skal minimere direkte menneskelig berøring med ubehandlede ekskrementer og eksponering for andre organismer, f.eks. fluer, der kan overføre smitte. Desuden skal det minimere generende lugtudvikling. Det skal producere et behageligt og rimeligt tørt slutprodukt, der kan håndteres med minimal risiko.

Processen forandrer næringsstofferne til fuldt iltede og stabile plantetilgængelige former. Ved at anvende slutproduktet som jordforbedringsmateriale, ud fra et recirkulationsformål for næringsstoffer, tjener det samtidig det formål at beskytte vandrecipienten.

I kompostreaktorer til f.eks. husholdningsaffald kan der foregå en hurtig reduktion af såvel volumen af massen som af indholdet af patogener. Det foregår i processer, hvor mesofile eller termofile bakterier ved høj aktivitet skaber en høj temperatur. I komposttoiletsystemer foregår såvel volumenreduktion som reduktion af patogener ofte over lang tid og uden at der udvikles høje temperaturer. Volumenet kan reduceres af langsommere mikroorganismer og reduktionen af patogener kan foregå over længere tid i et fremmed miljø med konkurrence og antagonisme. Ud over temperatur kan negative miljøforhold som pH, fugtprocent, ammoniumindhold, salte etc. have betydning.

Komposttoiletsystemer kan differentieres ud fra såvel anvendelse og sammensætningen af systemkomponenter, tiltænkt udgangsmateriale, komposteringssted, komposteringszone, komposteringsproces, slutprodukt m.m.

Der kan være tale om aktive systemer med en række elektronisk og mekanisk udstyr og ofte høje temperaturer, eller passive systemer med oftest temperaturer under 20⁰C. Det vil typisk være passive systemer, som bruges ved en almindelig beboelse, i parker eller på en primitiv lejrplads.

I passive komposttoiletsystemer er det ikke teknisk udstyr, men tid, tyngdekraft, selvgenereret temperatur, adgang til ilt og beholderens udformning, der kontrollerer processen. Processen bliver naturlig og ukontrolleret ved en temperatur på ca. 20⁰C eller derunder.En temperatur der primært er bestemt af temperaturen i omgivelsene. I dette kolde miljø bliver svampe og actinomyceter de primære omsætningsorganismer, fordi det er for koldt for de hurtigere agerende mesofile og termofile bakterier.

Det opsamlede materiale kan være en sammenført strøm af fækalier, tørrepapir, urin, skyllevand, organiske husholdningsrester, tilslagsstoffer eller dele heraf.

4.3 Systemkomponenter

Toiletstol

Komposttoiletsystemer kan indeholde særskilte toiletstole, der er kildesamlende eller kildesorterende i forhold til urin og fækalier og uden eller med vandskyl. Der kan være tale om en enkel træplade med eller uden kildesorterende indsats i et das eller en række kildesorterende eller kildesamlende toiletter i porcelæn, plast, metal eller træ. Toiletstolene kan være uden eller med vandskyl. Transporten af materialerne kan være baseret på gravitation ved frit fald uden vandskyl, rørtransport med vandskyl eller rørtransport med vand og overtryk eller vakuum. Endelig kan der være tale om forskellige kombinationer af principperne for henholdsvis urin og fækalier. En kildesamlende og en kildesorterende vakuum toiletstol er afprøvet i Storstrøms Amts projekt "Vakuumtoiletter og behandling af det indsamlede materiale i biogasanlæg eller ved vådkompostering".

Filter/separator

Mellem en vandskyllende toiletstol og en opsamlings- eller kompostenhed kan der etableres en filterenhed eller en separator. Separatoren kan begrænse tilførslen af vand og øge tørstofprocenten og koncentrationen af organisk materiale. Separatorer anvendes i Sverige i en del komposttoiletsystemer. Systemet er beskrevet i Del Porto et al. (2000), Dyck-Madsen (2000), DTI (2001), Vinnerås (2001) og Backlund (2002). Målinger på vandmængder og indholdsstoffer i delstrømme efter separationen er gengivet i Vinnerås (2001) og Backlund (2002).

I dette projekt anvendes afvandings- og kompostenheden "Kaggen"netop som en filterenhed. Det er et eksempel på en systemkomponent, der kan skydes ind mellem vandskyllende toiletter og en komposteringsenhed, ud over at den også selv kan bruges som kompostenhed. Materialet kan komme direkte fra toiletter eller fra pumpebrønd, septiktank eller lignende.

Opsamlings-/kompostenhed

Der er store variationer med hensyn til opsamlings-/kompostenheders placering i forhold til toiletstol, antal og udformning af kamre, materiale og isolering, proces og processtyring, iltning, afluftning, omrøring, opvarmning, dræn m.m.

4.4 Batch komposteringssystem

Et batch komposteringssystem består af to eller flere beholdere eller kamre. En beholder eller et kammer ad gangen fyldes ved brug af toilettet. Materialet i den fyldte enhed komposteres/efterkomposteres derefter uden tilførsel af yderligere friskt fækalt materiale. Et batch komposteringssystem er således karakteriseret ved, at der ikke tages materiale ud af den beholder eller det kammer, der tilføres frisk materiale. Kompostsystemerne som undersøges i dette projekt er batch systemer. Projektrapporten "Økologisk håndtering af spildevand" (Teknologisk Institut 2001) indeholder beskrivelser af og datablade over nogle af disse komposteringssystemer.

Toiletsystemet kan bestå af et toiletkloset, der typisk indeholder en eller to små opsamlingsbeholdere. Komposteringen kan finde sted i den eller de fyldte beholdere som små samlede batch eller ved opbygning af et større batch i en eller to store kompostbeholdere. Erfaringer fra etablering og drift af sådanne små systemer i kildesorterende udgaver i kolonihaver i Danmark er rapporteret i Backlund et al. (2002), erfaringer fra drift af små kildesamlende systemer i kolonihaver i Tyskland er rapporteret i Fittschen et al. (1999).

Toiletstol og typisk større beholdere eller kamre kan også være adskilte. En kompostenhed (med et eller flere kamre) kan være beliggende under et eller flere toiletter. Kompostenheden kan også placeres et andet sted, hvor materialet tilføres ved hjælp af vandskyl, vakuum eller lignende. Det mest enkelte er løsninger med flere affaldsbeholdere, der fyldes gradvist på skift. Det sammenbragte materiale, som er samlet over længere tid, komposteres videre eller påbegyndes komposteret uden tilførsel af yderligere frisk materiale med om muligt hele beholderen som komposteringszone. Efterkompostering kan foregå i anden beholder på andet sted. batch systemer giver mulighed for høje temperaturer.

Figur 4.1
"Separett Villa", et lille batchsystem monteret over gulv

Dette opnås dog ikke ved langsom kontinuerlig fyldning (etablering af batch) med begrænsede mængder i ventilerede systemer og/eller ved store vandmængder. Ved batch kompostering mindskes risikoen for at gammelt materiale inficeres af nyt materiale. Temperatur- og mikrobiologiske forhold ved kompostering i fem kildesorterende batch systemer i Andelssamfundet i Hjortshøj og ved fælles efterkompostering her og i det økologiske landsbysamfund "Dyssekilde" følges i projekterne "Vurdering af forskellige komposttoiletters funktion og evne til at reducere smitstoffer i human afføring" og "Smitstofreduktion ved central efterkompostering af human afføring fra komposteringstoiletter". Begge projekter afvikles under "Aktionsplanen for fremme af økologisk byfornyelse og spildevandsrensning".

4.5 Kontinuerligt system

Store étkammer-systemer kan have en flad eller skrå bund. Frisk materiale tilføres kontinuerligt, bestemt af toiletbrug samt evt. tilførsel af organiske husholdningsrester og tilslagsstoffer, i toppen af kompostbeholderen. En mindre mængde komposteret materiale tages typisk ud fra bunden, første gang efter 2–4 år og derefter årligt. Materialet bevæger sig ned eller skråt ned over tid, således at der sker en aldersbetinget lagdeling og behandling af materialet i en vandrende zone. Da der kontinuerligt tilføres frisk materiale er graden af adskillelse af frisk og gammelt og mere omsat materiale bestemt af karakteren af det tilførte materiale, kammerets udformning og drift samt af operatøren. Ideelt set bliver der tale om forskellige zoner indeholdende forskellige mikroorganismer og en lagdeling af materiale spændende fra frisk til færdigkomposteret. Efterkompostering kan finde sted i en anden kompostbeholder. Projektrapporten "Økologisk håndtering af spildevand" (Teknologisk Institut 2001) indeholder beskrivelser af og datablade over nogle af disse komposteringssystemer.

Temperatur- og mikrobiologiske forhold ved kompostering i kontinuerlige systemer undersøges i projektet "Vurdering af forskellige komposttoiletters funktion og evne til at reducere smitstoffer i human afføring". Undersøgelserne omfatter to kildesorterende kontinuerlige systemer med flad bund i den økologiske landsby "Dyssekilde" samt seks kontinuerlige systemer med skrå bund, fire kildesamlende samt to kildesorterende, i Sverige.

"Kaggen"

"Kaggen" (nærmere beskrevet i kap. 5.1.3) er et eksempel på en opsamlingsenhed-/kompostenhed, der enten kan fyldes kontinuerligt over lang tid eller i en kort proces. Et stort samlet batch kan f.eks. pumpes op fra en hustank med henblik på afvanding og kompostering (Kaggen AB udateret). Der sker derefter ingen yderligere tilførsel af frisk materiale. "Kaggen" er ikke et aktivt reaktorsystem, som ovenstående systemer kan være, med blandere, udjævnere, iltning, opvarmning etc. for hurtigere at reducere volumen og antallet af patogener. Ved oppumpning af et stort batch kan der forventes en fase med høje temperaturer. Ved kontinuerlig tilførsel af små mængder kan der kun forventes lave temperaturer og en langsom volumenreduktion samt reduktion af eventuelle patogener. Efterkompostering kan foregå i en anden beholder.

Passive systemer er designet til at optimere processerne ved design og ikke ved teknisk udstyr. De lader tid, tyngdekraft, selvgenereret temperatur og beholderens form "kontrollere" processen. Passive komposteringssystemer kaldes ofte formuldningstoiletter, da processen er naturlig ukontrolleret og foregår ved temperaturer på 20⁰C eller derunder. I dette kolde miljø er svampe og actinomyceter de primære omsætningsorganismer, fordi det er for koldt for de hurtigere agerende mesofile og termofile bakterier (Del Porto et al. 2000).