Mikrobiologické procesy

Podobne ako pri procese v najvrchnejšej vrstve pôdy sa organické látky rozkladajú na základné látky. Prestavbovými postupmi sa behom rozkladu vytvárajú vysokomoleku­lárne väzby. Zúčastňujú sa na tom dva druhy mikroorganizmov. V dobre prevzdušne­ných zónach sú to aeróbne baktérie, v zónach s malou výmenou vzduchu to sú ana­eróbne organizmy. Voľný kyslík v organických zlúčeninách sa pri aeróbnom rozklade väčšinou spáli na CO₂.

Umenie riadenia rozkladu teda spočíva v tom, aby sme v kom­poste zabezpečili aeróbny proces (hlavne v počiatočných fázach). Anaeróbne procesy nevedú k úplnému odbúravaniu. Pri dozrievaní kompostu je však pre tvorbu kvalitného humusu vhodné striedanie aeróbnych a anaeróbnych fáz.

Pri aeróbnom priebehu sú rôzne živiny; ako bielkovinové zlúčeniny (proteíny) a ich aminokyseliny, mastné kyseliny (lipidy) a uhľohydráty; relatívne ľahko prístupné mikroorganizmom a môžu sa rýchlo odbúrať. To sa deje počas uvoľňovania energie (vo forme tepla) a ve­die cez rôzne medzistupne k hlavným konečným produktom – CO₂ a vode. Celulóza, lignín a minerálne látky slúžia v prvom rade na tvorbu humusu. Sú priamo zabudované do humusu. Proteíny, aminokyseliny a dusík sa naproti tomu musia premeniť. Z odbú­ravania ľahko dostupných látok a humusu sa môže znovu vytvoriť dusík, ktorý môžu rastliny priamo využiť. Pri zodpovedajúcom obsahu vzduchu, vlhkosti a živín sa mikro­organizmy rozmnožujú a biochemicky premieňajú živiny.

Teplota

Energia, ktorú použijú mikroorganizmy na látkovú výmenu, sa uvoľňuje vo forme tepla, ktoré podporuje rozklad. Organický materiál je zlým vodičom tepla, takže dochádza k jeho hromadeniu (samootepľovanie). Vyššie teploty (55 – 70 °C) sú vhodné na hygie­nizáciu. Dohľad na priebeh rozkladu pomáha rýchlo spoznať možné poruchy procesu mineralizácie.

Ak po založení kompostu teplota nestúpa, alebo po predchádzajúcom vzostupe teploty nastáva výrazný pokles, sú podmienky pre mikroorganizmy nepriaznivé. Príčina môže byť predovšetkým:

• v zlej surovinovej skladbe,
• v nadmernej alebo nízkej vlhkosti materiálu,
• v nízkom obsahu kyslíka v komposte a pod.

Kontrolovanie priebehu teploty v komposte je najjednoduchším ukazovateľom správneho priebehu rozkladného procesu a preto jej meranie a evidencia patrí medzi základné podmienky kontroly procesu kompostovania.

Na meranie potrebujeme špeciálny vpicho­vý teplomer s dlhým bodcom. Teplomer vpichneme do kompostu asi 1/2 m od povrchu (v závislosti od veľkosti hromady to môže byť v rozmedzí od 0,5 m až do 1 m), pretože v povrchových zónach je teplota podstatne nižšia ako v jadre. Aby sme dosiahli rovnaký stupeň rozkladu vo všetkých zónach kompostu musíme kompost z času na čas prehodiť, čím dosiahneme premiešanie materiálu.

Časové intervaly merania teploty:

• do 14 dňa od založenia zakládky každý deň,
• od 14 dňa do ukončenia kompostovacieho procesu 1x za 2 – 4 dni.

Zmenšovanie objemu

Počas rozkladu stráca kompostovacia kopa váhu a objem. Tieto straty sú dosť veľké a závisia od použitého materiálu. Napr. pri vysokom podiele pokosenej trávy s vysokým obsahom vlhkosti, je strata hmotnosti podstatne vyššia, ako pri kompostovaní záhradných odpadov. Strata objemu kolíše medzi 20 – 70 %. Aj podiel suchej substan­cie sa zníži o tretinu, až polovicu. Klesanie kopy je znakom pokračujúceho rozkladu. Z jedného m³  záhradného odpadu zostane po šiestich mesiacoch ešte asi  0,7 m³. Po ďalších 3 – 4 mesiacoch klesne objem na 0,6 m³.

Kompostovacie fázy

Po nahromadení dobre premiešaného materiálu a pri dostatku vlhkosti a kyslíka, prebieha proces rozkladu v nižšie uvedených fázach, pričom prechody sú plynulé a jednotlivé štádiá sa nedajú vždy presne oddeliť.

Fáza odbúravania (hygienizácia)

Mikrobiologickou činnosťou prebieha rozklad v prvých dňoch veľmi rýchlo. Teplota môže dosiahnuť (v závislosti od vstupných materiálov) až 70 °C. Ľahko odbúrateľné makromolekuly ako bielkoviny a škrob, podporujú rozmnožovanie a činnosť baktérií. Ich látkovou výmenou vzniká teplo. Jednoduché molekuly, ktoré vznikli rozkladom makromolekúl, odchádzajú z kompostu ako plyny alebo vo výluhu, alebo sú využité pre tvorbu buniek mikroorganizmov či humusových látok (v ďalších fázach). Pri dodržiavaní základných zásad kompostovania zostáva prevažná väčšina živín v komposte. Po 3 – 6 týždňoch tieto odbúravacie baktérie odumierajú a slúžia ďalším mikroorganizmom a hubám ako potrava. Teplota postupne klesá.

Fáza prestavby

Ťažko odbúrateľné látky (kryštalická celulóza a lignín) sú rozkladané hubami. Mikrobiologická činnosť ustupuje. Pri procesoch prestavby bielkovinového materiálu sa uvoľňuje amoniak. Nastupuje tvorba dusičnanov. Teplota sa pohybuje medzi 30 – 45 °C. Už čias­točne rozložený kompost postupne klesá (zosadá).

Fáza výstavby

Nastupuje tvorba humusových látok a hromadné rozmnožovanie malých živočíchov ako sú roztoče, chvostoskoky, rôzne červy, ktoré brzdia rast húb. Prichádzajú aj niektoré druhy dážďoviek, najmä dážďovka hnojná (Eisenia foetida). Ich výkaly majú skvelé hnojivé a fytosanitárne vlastnosti.

Fáza stabilizácie a dozrievania

Prechod do poslednej fázy je plynulý. Tvorba humusu a mineralizácia končia. Kompostovacie dážďovky opúšťajú kompostovaciu kopu. Vzniknutý zrelý kompost obsahuje dlhodobo viazané živiny a prispieva k vylepšeniu pôdy. Humusové látky mu dávajú tmavohnedú farbu. Ľahká a hrudkovitá štruktúra napovedá o dokončenom procese rozkladu.

Štyri základné pravidlá kompostovania

Na to, aby proces kompostovania prebehol úspešne, je potrebné vytvoriť optimálne podmienky pre činnosť a rozvoj mikroorganizmov a pôdnych organizmov, ktoré sa na kompostovaní podieľajú. K tomu musíme pri kompostovaní dodržať štyri základné pravidlá:

1. Správna veľkosť kompostovaného materiálu

Materiál – biologický odpad, ktorý sme nazbierali, musíme pred zamiešaním do kompostu upraviť na správnu veľkosť. Tá závisí od materiálu, ktorý ideme kompostovať.

Najväčšie problémy sú s ťažšie rozložiteľnými materiálmi (uhlíkatými) – drevo, stonky starších rastlín, tvrdšie časti zeleniny, slama... Ich veľkosť by nemala presiahnuť veľkosť palca na ruke.

Mäkké šťavnaté materiály (dusíkaté), ktoré sú ľahko rozložiteľné, nie je nevyhnutné zmenšovať.

Úpravu veľkosti materiálu, ktorý chceme kompostovať, môžeme urobiť pomocou štiepkovača alebo drviča... Pre kompostovanie je ideálne použitie drviča, ktorý dokáže spracovať nielen drevný odpad, ale aj iné rastlinné zvyšky. Na rozdiel od štiepkovača, ktorý materiál rozseká (ako sekera), drvič v materiáli navyše ešte čiastočne naruší štruktúru vlákien. To zabezpečí ľahší rozklad.

Pri kompostovaní vo všeobecnosti platí:

• Čím sú menšie častice, ktoré chceme kompostovať, tým sa nám rýchlejšie skompostujú. Drvením materiálu totiž zväčšujeme plochu, na ktorú môžu mikroorganizmy a pôdne organizmy pôsobiť.
• Čím je materiál ľahšie rozložiteľný, tým môžu byť častice v kompostovanej zakládke väčšie.
• Optimálna veľkosť častíc nám pomôže aj pri manipulácii s kompostovaným materiálom (napr. prekopávanie).
• Čím menšie častice sú pre vybranú technológiu požadované, tým sú vyššie ekonomické náklady na jej úpravu.
• Veľkosť jednotlivých častíc v zakládke má však vplyv aj na ostatné základné podmienky, ktoré musíme dodržať (viď. nižšie).

2. Správna skladba kompostu (surovinová skladba)

Do kompostovacej zakládky nemôžeme dávať materiál len tak bezhlavo. Každý materiál má totiž iné vlastnosti. Pre nás je teraz dôležitý hlavne pomer uhlíka a dusíka (C/N).

Surovinová skladba čerstvého kompostu je hmotnostný pomer jednotlivých odpadov alebo hmôt, ktoré navážame do kompostovacej zakládky.

Biologické odpady predstavujú pestrý sortiment látok, rôzne odolných mikrobiologickému rozkladu. Rýchlosť rozkladu rôznych biologických odpadov si je možno vysvetliť rôznym pomerom uhlíka a dusíka (C/N). Materiály s pomerom C/N užším než 20/1 (dusíkaté látky) sa rozkladajú veľmi rýchlo a sú mikrobiologicky dobre využiteľné. Naopak hmoty so širokým pomerom C/N nad 50/1 (uhlíkaté látky) sa rozkladajú veľmi pomaly.

Zjednodušene môžeme povedať, že dusíkaté materiály (napr. hnoj, trus, pokosená tráva, kuchynský biologický odpad, pozberové zvyšky zo záhrady...), ktoré sú väčšinou mäkké, šťavnaté a zelené; musíme zmiešavať s uhlíkatými (napr. drevná štiepka, piliny, hobliny, lístie, slama, papier...), ktoré sú zväčša tvrdé, hnedé, suché.

Aby sme dosiahli u zrelého kompostu pomer C/N v rozmedzí 25 – 30/1 (vysoká stabilita a agronomická účinnosť), je potrebné optimalizovať C/N v čerstvom komposte v rozmedzí 30 – 35/1. V priebehu zretia (fermentácie) kompostu ubúda časť uhlíka ako CO₂ a pomer C/N sa zužuje. Nadmer­ne široký pomer C/N predlžuje zretie kompostu. V prípade, že do pôdy aplikujeme kompost alebo ktorúkoľvek inú hmotu so širokým pomerom C/N, pokračuje jej rozklad v pôde, k čo­mu sa spotrebúva pôdny dusík, ktorý sa potom nedostáva rastlinám. Pri príliš úzkom pomere C/N v čerstvom komposte (pod 20/1) prevyšuje obsah dusíka metabolickú potrebu mikroorganizmov premieňajúcich organické látky na látky humusové. Doba zretia sa tým taktiež predlžuje a produkti­vita tvorby humusových látok klesá.

Na vypočítavanie surovinovej skladby existuje viacero spôsobov. Najjednoduchšie je použitie k tomuto účelu vytvorených počítačových programov.

Keďže uhlíkaté materiály vznikajú väčšinou v inom období ako dusíkaté, musíme si ich upravené uskladniť (pozri časť „Skladovanie surovín“).

3. Dostatočný prístup vzduchu

Kompostovanie je aeróbny proces – za prístupu kyslíka. Preto sa musíme v maximálnej miere snažiť zabezpečiť dostatočné prevzdušnenie kompostovacej zakládky. To je možné dosiahnuť dvoma spôsobmi:

• prekopávaním kompostovacej zakládky a
• nútenou aeráciou.

Vyššie bolo napísané, že čím menšie častice do kompostu dávame, tým sa nám skôr skompostujú. Platí však aj pravidlo, že čím sú menšie častice, tým je menej priestoru (dutiniek medzi materiálom) v zakládke, kde sa môže udržať vzduch. Bez neho však kompost iba hnije a zapácha. Preto je potrebné urobiť kompromis a odhadnúť optimálnu štruktúru materiálu.

Prekopávanie kompostu je možné prevádzať špeciálnymi prekopávačmi, všetkými typmi nakladačov a rovnako i s ručným náradím.

Pri klasickom kompostovaní na prekopávaných hromadách je možné určiť dobu prekopávok napr. týmito spôsobmi:

• prekopávať vždy pri dosiahnutí určenej teplotnej hranice (napr. 60 °C);
• prekopávať v presne stanovených časových intervaloch (napr. vždy po 3 až 4 dňoch v prvých 2 až 3 týždňoch a potom po týždni);
• prekopávať až potom, ak teplota v hromade začne klesať, čo signalizuje vyčerpávanie kyslíka. Táto metóda je najviac osvedčená.

Nútená aerácia sa prevádza buď nasávaním alebo tlačením vzduchu do hromady pomocou čerpadla a sústavy perforovaných trubiek v základni hromád, alebo perforovanej podlahy bioreaktora. U hromád sa väčšinou uprednostňuje nasávanie tak, aby sa vzduch, ktorý prešiel  kompostom, mohol hnať cez biofilter, zatiaľ čo u bioreaktorov je výhodnejšie tlačenie vzduchu cez kompost, čím sa zamedzuje kondenzácii vody v potrubí.

Výhodou prekopávok oproti aerácii je premiešanie všetkých zložiek kompostov, takže sa minimalizuje teplotná i vlhkostná nehomogenita, ktorá je bežná pri aerácii. Platí, že časté prekopávanie urýchli rozklad.

4. Dostatočná vlhkosť

Správna vlhkosť je nevyhnutnou požiadavkou správneho kompostovania. Ak má kompost nedostatok vlhkosti, proces sa spomaľuje, alebo až zastavuje. Ak je vlhkosť nadmerná, dochádza k nežiaducemu hnilobnému procesu, niekedy až ku skysnutiu kompostu, čo sa prejaví zápachom.

Správna vlhkosť úzko súvisí s predchádzajúcimi podmienkami. Čím je hrubšia štruktúra materiálov v zakládke, tým môže obsahovať vyššiu vlhkosť, ale aj tým dlhšie trvá rozkladný proces. Čím je v komposte viac vody, tým je v ňom menej vzduchu (voda vytlačí vzduch z dutiniek).

Premočeniu kompostu v čase dlhotrvajúcich dažďov, ale aj vysušeniu v čase teplých slnečných alebo veterných dní, môžeme zabrániť zastrešením kompostovacej plochy / boxu alebo prikrytím kompostovacej hromady špeciálnou kompostovacou textíliou. Najvhodnejšie je používať špeciálnu kompostovaciu textíliu (napr. TOP TEX). Lacnejším a dostupnejším variantom je stavebná netkaná geotextília vyrobená z PP (napr. Tatratex). V praxi sa osvedčilo použitie gramáže 300 g/m². Rozmer geotextílie je závislý od rozmeru a počtu zakládok. 

Orientačná skúška vlhkosti:

Pri pokročilejšom rozklade sa dá optimálna vlhkosť zistiť jednoduchým spôsobom: hrsť kompostovacieho materiálu sa stisne v ruke, pričom by sa medzi prstami malo objaviť len niekoľko kvapiek tekutiny. Po roztvorení ruky by mal materiál zostať stlačený pohromade. Ak vytečie veľa vody, je kompost prevlhčený a musíme do neho pridať suchý hrubší materiál. Ak sa medzi prstami kvapôčky neobjavia a po otvorení ruky sa materiál rozsype, môžeme konštatovať, že kompost je suchý a musíme ho dovlhčiť.

Časové intervaly hodnotenia vlhkosti:

• počiatočné hodnotenie vlhkosti sa prevádza ihneď po založení zakládky,
• optimálne intervaly medzi jednotlivými hodnoteniami vlhkosti sú 1 týždeň,
• vlhkosť kontrolujeme vždy pri prekopávaní zakládky.

Kompostovanie za tepla (nad 50°C)

Kompostovaním za tepla dochádza k biochemickej a technickej dezinfekcii. Semená burín sa väčšinou zničia, taktiež antibiotiká a choroboplodné zárodky odumie­rajú.

Pri tejto hygienizácii nehrá dôležitú úlohu iba tvorba vysokej teploty, ale aj aktino­mycéty a mikroorganizmy, predovšetkým ich produkty látkovej výmeny. Aby sa dosiahla dostatočná teplota, mal by sa hromadiť prinajmenšom 1 m³ kompostu naraz.

V prípade aerovaných hromád alebo bioreaktorov je možné regulovať teplotu hromád presným dávkovaním privádzaného vzduchu, a prípadne i recirkulácie plynu, pričom sa zamedzí tepelným stratám. Takto je možné regulovať kompostovací proces na určitú teplotu, alebo podľa potreby na dve alebo viacej teplotných fáz.

Presné rozvrhnutie teplotných fáz záleží na účele kompostovania a na legislatívnych požiadavkách jednotlivých krajín. Vplyv teplôt na procesy kompostovania je možné približne znázorniť takto:   

     > 55 °C  –  maximalizácia hygienizácie

45 – 55 °C  –  optimum pre rozkladný proces 

35 – 40 °C  –  zvýšenie mikrobiálnej diverzity

Studené kompostovanie

Hlavne pri domácom a komunitnom kompostovaní sa niekedy nazbiera iba málo mate­riálu naraz. Tzv. ”rastúci kompost”, na ktorý sa postupne primiešavajú malé množstvá (často iba niekoľko litrov biologického odpadu), nemôže vyvinúť veľké teplo, pretože činnosť baktérií je nedostatočná. Pri dostatku kyslíka a vlhkosti, rozklad nastane tzv. studenou cestou.

Ošetro­vanie takého kompostu sa nelíši od iných. Pri studenom kompostovaní väčšinou chýba fáza hygienizácie. Preto sa neodporúča do takého kompostu dávať bez predchádzajúcej úpravy chorobami napad­nuté rastliny a rastliny s vyzretými semenami, ako aj kuchynské biologické odpady.