Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Kompostování odpadů a potencionální riziko mikrobiální kontaminace

Magdalena Zimová a Ladislav Matějů

1.0 Úvod

V celém světě vzrůstá snaha o znovu-využívání nejrůznějších druhů odpadů a vedlejších produktů z nejrůznějších průmyslových a zemědělských činností včetně odpadů z domácností. Organické odpady se nejčastěji přepracovávají biologickými metodami. Nejčastější je kompostování za aerobních i anaerobních podmínek (Déportes et al., 1995). Technologické postupy jsou velmi různorodé a záleží především na typu zpracovávaných odpadů a dále pak na požadovaných produktech, např. kompost, bioplyn, předčištěná odpadní voda a pod.

Při výběru materiálu pro kompostování je pozornost věnována především chemickému složení, zejména obsahu těžkých kovů a dalších cizorodých látek. Tento zájem je oprávněný, protože obsah cizorodých látek nebezpečných pro životní prostředí, kulturní rostliny, živočichy i lidi se často v průběhu kompostovacího procesu nemění a zůstává i v konečném produktu, takže s ním přecházejí do zemědělské půdy a pod. (Henry a Harrison, 1992, Garcia et al., 1990). Odpady určené ke kompostování nejsou však vůbec hodnoceny a sledovány z hlediska mikrobiologického, přestože jejich kontaminace fekálními streptokoky (enterokoky), fekálními koliformními bakteriemi i dalšími patogenními a podmíněně patogenními mikroorganismy je často velmi vysoká. Proto je v poslední době věnována v celém světě pozornost tomu, jak jednotlivé technologické postupy kompostování či jiného biologického zpracování odstraňují a ničí tyto nežádoucí mikroorganismy. Tento zájem je velmi důležitý zejména s ohledem na některé druhy použití výsledných produktů biologického zpracování odpadů. Velmi často jsou komposty a z nich odvozené substráty používány ke hnojení hřišť, parků a dalších veřejných prostranství, kde nebezpečí inhalace přežívajících mikroorganismů je velmi vysoké. Nebezpečí kontaminace je i při otevřených zraněních při sportu na kompostem či substrátem ošetřených travnatých sportovištích (Pepper et al., 1993, Scanlan et al., 1989). Ještě větší je nebezpečí u dětí. Studie totiž prokázaly, že dítě může denně orálně přijmout až 100 mg prachu z půdy. Když dítě trpí geophagií, množství požité půdy může být až 5 g za den (Calabrese et al., 1989, Sheppard et al., 1992).

Vzhledem k tomu, že v současné době je velké množství kompostů a substrátů distribuováno v maloobchodní síti a jejich využití je velmi časté i v domácnostech např. v květináčích či při pěstování různých rostlin na balkónech a lodžiích, je potřeba mikrobiologické kontroly a snižování počtu podmíněně patogenních a patogenních mikroorganismů nezbytná stejně jako účinné postupy potlačující nežádoucí mikrobiální osídlení již při samotné výrobě.

2.0 Biologická rizika

S ohledem na biologická rizika používání kompostů bylo ve světě i u nás provedeno velké množství studií, které měly za hlavní cíl určit velikost rizika a jeho druhy. V rámci těchto prací byly v kompostech sledovány výskyty jednotlivých typů organismů, které mají určitý vztah ke vzniku ohrožení. Stanovení byla prováděna jak v kompostech, tak ve vzduchu kompostáren, skladovacích prostorech kompostů a pod.

Např. Salmonella byla nalezena ve čtyřech vzorcích ze 108 zkoumaných, Escherichia coli se vyskytovala v počtech 0 až 158 buněk na 1 g_suš kompostu, celkový počet koliformních bakterií dosahoval až 10⁶ KTJ na 1 g_suš a vyskytovaly se v 95 % zkoumaných vzorků kompostu, fekální streptokoky ve 24 vzorcích se vyskytovaly v počtech 10² až 10⁹ KTJ na g_suš kompostu. Výskyt vajíček některých červů se pohyboval ve zkoumaných vzorcích od 0 do 90 kusů v g kompostu (Déportes et al., 1995).

Při studiu obsahu různých organismů ve vzduchu kompostáren byly zjišťovány plísně, aktinomycety, gramnegativní bakterie i kvasinky. U pracovníků v kompostárnách (především zpracovávajících přebytečný aktivovaný kal a organický podíl domovního odpadu) byly zjištěny i zdravotní problémy (Heida et al., 1995, Sigsgaard et al.,1994).

2.1 Cesty šíření

Životní prostředí i lidé jsou vystaveni nepříznivým vlivům kompostů při jejich výrobě, skladování a zrání, jejich aplikaci i následně. Pokud není kompost dostatečně sanitovaný může docházet k ohrožování životního prostředí i lidského zdraví ve všech dříve uvedených případech.

Při výrobě a skladování dochází k rozprachu a obohacování výstupních plynů (při nucené aeraci). Lidé jsou přímo ohrožováni inhalací mikroorganismů adsorbovaných na prachových částicích. Při aplikaci kompostů dochází rovněž k rozprachu a při nedostatečné ochraně mohou lidé kompost i nedopatřením požít.

Po aplikaci může kompost ulpět na zelenině či jiných rostlinách a při nedostatečném omytí může být sněden. Aplikací, zejména opakovanou, dochází k obohacování půdy o nežádoucí organismy , které mohou být při ošetřování půdy rozprášeny, může docházet k jejich vyplavování vlivem srážek do podzemní vody i povrchových toků. Při sportování na trávnících dochází rovněž k rozprachu. Navíc při zraněních kůže může dojít k přímému zanesení infekce.

Z uvedeného je zřejmé, že cest kontaminace je velké množství a že je nezbytné sanitaci kompostů věnovat velkou péči. Tato skutečnost nabývá na významu také proto, že stále větší množství kompostů a nejrůznějších substrátů se využívá v domácnostech při pěstování květin či rostlin. Proto je nezbytné, aby mikrobiologická kvalita kompostů byla stanovena závaznými ukazateli, které musí všichni výrobci dodržovat.

Je samozřejmé, že sanitace kompostu je nezbytná. Samotné technologické postupy mohou podstatně eliminovat nežádoucí organismy, avšak při skladování a zrání kompostů, jejich balení a přepravě dochází často k sekundární kontaminaci, která má v kompostu velmi dobré podmínky k množení.

2.2 Rizika

Z mikrobiologického hlediska mohou rizika působit organismy obsažené ve zpracovávaném materiálu, organismy vznikající v průběhu kompostování nebo mikroorganismy, které se do kompostů dostanou jako sekundární kontaminace.

Mikroorganismy přicházející do procesu se zpracovávaným odpadem jsou většinou spojeny se zažívacím traktem a většina by jich měla v průběhu kompostování vymizet. Organismy, které se vyvinou v průběhu kompostování a podílejí se na degradaci organické hmoty, jsou většinou mezofilní a termofilní bakterie a plísně. Mezi nimi se vyskytuje několik podmíněně patogenních druhů (Strauch, 1987). Organismy, jejich spory i toxiny (endotoxiny gramnegativních bakterií) působí zdravotní nebezpečí u pracovníků kompostáren i uživatelů kompostů. Do organismu se dostávají především dýchacími cestami. Jsou to grampozitivní bakterie (včetně aktinomycet), gramnegativní bakterie a plísně.

O tom, jaká kriteria z biologického hlediska by kompost měl splňovat se vedou stále spory. Avšak jako doporučené hodnoty z literatury lze uvést následující: fekální streptokoky max. 5x10³/g, enterobakterie 5x10²/g, nepřítomnost salmonel ve 100 g kompostu a nepřítomnost vajíček parazitů (Strauch, 1987).

Přežívání virů závisí především na vlhkosti a teplotě. Jejich množení v hotovém kompostu nebylo prokázáno. Přežívání vajíček parasitů (Ascaris) je velmi dlouhé. Byla nalezena i tři roky po aplikaci kompostu do půdy. V kompostech byly kvalitativně prokázány i aflatoxiny. Jejich koncentrace však nebyly zjištěny, a proto nelze posoudit jejich negativní vliv (Epstein a Epstein, 1985).

Gramnegativní bakterie jsou nebezpečné proto, že tvoří endotoxiny. Jako limit se uvádí koncentrace gramnegativních bakterií v 1 m³ vzduchu 1000 KTJ. Stanovení endotoxinů ve vzduchu v kompostárnách ukázalo jejich koncentraci v rozmezí 10 až 14 ng/m³ vzduchu. Tato koncentrace je považována za neškodnou (Désportes et al., 1995).

Poměrně velké riziko souvisí s výskytem aktinomycet. Jejich negativní vliv byl prokázán již dříve u zaměstnanců v žampionárnách. Koncentrace aktinomycet jsou v kompostech často velmi vysoké a jejich negativní působení na zdraví zaměstnanců kompostáren bylo prokázáno (Shenyi et al., 1991).

V kompostech byla sledována i přítomnost patogenních kvasinek, zejména kvasinky Candida albicans. Tento druh ani jiné patogenní kvasinky nebyly v kompostech nalezeny.

Při kompostování organického podílu vytříděného z pevného domovního odpadu po drcení byly nalezeny fekální koliformní bakterie, enterokoky, Salmonella, gramnegativní bakterie a plísně (Jager et al., 1994).

V Australii bylo prokázáno, že většina infekčních onemocnění působených bakteriemi z rodu Legionella je způsobována druhem Legionella longbeachae, který byl prokázán v kompostech z dřevních odpadů (Hughes a Steele, 1994). Kromě tohoto druhu se v tomto druhu kompostu vyskytovala i L. bozemanii a některé další druhy tohoto rodu. Vzhledem k rozsahu infekcí (Cameron et al., 1991) byl proveden podrobný průzkum v kompostech vyráběných průmyslově i na zahrádkách a v parcích soukromých osob. V podstatě ve všech vzorcích byly bakterie rodu Legionella nalezeny (Hughes a Steele, 1994).

Z literárních údajů vyplývá, že patogenní organismy zjištěné v kompostovaných odpadech zahrnují přes dvacet druhů virů, 15 druhů protozoí, kolem 30 druhů a rodů bakterií, 15 druhů plísní a 14 druhů helminthů (Déportes et al., 1995).

3.0 Požadavky na kvalitu kompostu

V současné době se kvalitě kompostů včetně jejich zdravotní nezávadnosti věnuje ve státech Evropské unie stále vyšší pozornost.Vysoká kvality výsledného produktu závisí na výběru vhodných vstupních surovin a řízení kompostovacího procesu. Stále více je využíván separovaný odpad z domácností včetně zeleného odpadu. V Evropě je tak vyprodukováno okolo 5 milionů tun kompostu.

Přístup ke kvalitě kompostování není ve všech státech EU jednotný, lze jej rozdělit do tří skupin.

V první skupině, kam patří Rakousko, Belgie, Německo, Dánsko, Luxembursko, Holansko a Švýcarsko, mají stanovena kriteria kvality a tvoří cca 85 % celkové produkce kompostu z bioodpadu.

Do druhé skupiny se řadí Francie, Finsko, Itálie, Švédsko a UK. Tyto státy se teprve připravují na převzetí pravidel pro řízení kvality kompostování.

Ve třetí skupině zatím nejsou přijata žádná pravidla pro využívání separovaného odpadu a většinou se používá neseparovaný TKO. Sem patří Řecko, Španělsko, Irsko a Portugalsko.

Země patřící do první skupiny si stanovily vlastní kriteria kvality. Kde každá země kromě obecných požadavků preferuje i další kriteria. Např. Belgie pachové emise, Dánsko obsah organických látek.

Hygienické předpisy v Rakousku mají konkrétní požadavky na kompostovací proces. Teplota kompostovaného materiálu musí mít teplotu během regulovaného kompostování po 4 dny více než 64 stupňů Celsia. Podmínky pro regulované kompostování se stanovují před uvedením zařízení do provozu a při každé změně technologie.

V Německu musí být výsledkem kompostovacího procesu hygienicky bezpečný produkt, který v žádném případě nesmí obsahovat patogenní mikroorganismy. V říjnu 1998 byl pro kompostování bioodpadu přijat zvláštní předpis, který stanoví přípustné materiály do kompostu, obsah těžkých kovů, hygienická kriteria, postup při odběru a analýze vzorků.

V Holansku musí být každá kompostárna individuálně certifikována.

4.0 České zkušenosti

Od roku 1986 byl sledován výskyt pathogenních organismů v některých typech odpadů ve výzkumné skupině půdy a odpadů Státního zdravotního ústavu v Praze. Výsledky dlouhodobého sledování jsou graficky znázorněny na obr. č. 1. Procentuální výskyt indikátorů fekálního znečištění a salmonel ve sledovaných vzorcích je uveden v tab. č. 3.

TABULKA č. 3 Procentuální výskyt indikátorů fekálního znečištění v kejdách, kalech a tuhém domovním odpadu (procento vzorků obsahujících sledované mikroorganismy)

Z výsledků uvedených v tab. č. 3 je zřejmé, že výskyt bakterií rodu Salmonella je nejčastější v kalech z mechanicko-biologických čistíren odpadních vod. (Zimová, 1994)

Na základě dlouholetých zkušeností a praktických znalostí a v souladu s doporučenými směrnicemi WHO byly stanoveny limitní počty mikrobiálního znečištění pro čistírenské kaly aplikované do zemědělských půd, pro komposty a z nich připravené substráty: fekálně koliformní bakterie < 10 KTJ v g, enterokoky < 10 KTJ v g, bakterie rodu Salmonella nesmí být přítomné (Klánová a Masná, 1990). Pro velkoplošnou aplikaci kompostů jsou limitní počty deseti násobné, přítomnost bakterií rodu Salmonella je přípustná, avšak nebyla konkretizována (Klánová a Masná, 1990). Novela zákona o odpadech navrhuje pro kaly aplikované na zemědělskou půdu vyšší limitní hodnoty: pro fekální koliformní bakterie a enterokoky 10³ KTJ/g. Bakterie rodu Salmonella nesmí být přítomné.

Na našem pracovišti do přijetí zákona o hnojivech bylo pravidelně prováděno hodnocení výrobků před schválením jejich distribuce v obchodní síti (komposty, zeminy, hnojiva) se provádí mikrobiální charakteristika výrobků. V tab. č. 4 jsou uvedeny procentuální počty výrobků, které nesplnily výše uvedené hygienické limity.

TABULKA č. 4 Procentuální výskyt indikátorů fekálního znečištění v kompostech, kompostované kejdě, aerobně stabilizovaném kalu (procento vzorků, které nevyhověly hygienickým limitům).

Výsledky ukazují, že kompostovací technologie v současné době nejsou dostatečnou zárukou hygienizace odpadů. Zvýšené obsahy podmíněně pathogenních a pathogenních mikroorgasnimů mohou být způsobeny také sekundární kontaminací při manipulaci a skladování výsledných produktů.

V současné době se však kontrola kompostů po stránce hygienické dělá velmi ojediněle a ze strany UKZUZ je požadována v ojedinělých případech. Z těchto důvodů nám není zcela jasné jak probíhá kontrola výrobků z hlediska možných rizik tak, aby bylo vyhověno zákonu o hnojivech.

Sledování kvality kompostovaných odpadů má své opodstatnění vzhledem k tomu, že mnoho výrobců zřejmě nedodržuje technologickou kázeň. Mikrobiologická kontrola při výrobě by měla být nedílnou součástí výrobní praxe, aby nedocházelo k distribuci výrobků ohrožujících jejich uživatele a životní prostředí.

TABULKA č. 1 Příklady pathogenních bakterií a protozoí ve výkalech (Feachem et al., 1983)

5.0 Použitá literatura

American Public Health Association (1992): Standard methods for the analysis of water and wastewater, 18th edition, American Public Health Association, Washington D.C.

Calabrese, E.I., Barnes, R., Stanek, E.J., Pastides, H., Gilbert, C.E., Veneman, P., Wang, X., Laszuty, A., Kostecki, P.T. (1989): How much soil do young childern ingest: an epidemiologic study, Regul.Toxicol.Pharmacol. 10:123

Déportes, I., Benoit-Guyond, J.-L., Zmirou, D. (1995): Hazard to man and the environemnt posed by the use of urban waste compost: a review, Sci.Total Environ. 172:197

Epstein, E., Epstein, J.J. (1985): Health risk of composting, BioCycle, May-June:38

Feachem, R.G., Bradley, D.J., Garelick, H., Mara, D.D. (1983): Sanitation and Disease - Health Aspects of Excreta and Wastewater Management, John Wiley and Sons, Chichester p. 145

Garcia, C., Hernandez, T., Costa, F. (1990): The influence of composting and maturation processes on the heavy metals extractability from some organic wastes, Biol.Wastes, 31:291

Goluecke, C.G. (1991):When is compost save, The Biocycle Guide to the Art and Science of Composting, J.G. Press, Emmaus, USA p. 220

Heida, H., Bartman, F., Zee van der, S.C. (1995): Occupational exposure and indoor air quality monitoring in a composting facility, Am.Ind.Hyg.Assoc.J. 56:39

Henry, C.L., Harrison, R.B. (1992): Fate of trace metal in sewage sludge compost in C.D. Adriano (Ed.), Biochemistry of Trace Metal, Lewis, London, p. 195

Hill, R.T., Knight, I.T., Anikis, M.S., Colwell, R.R. (1993): Benthic distribution of sewage sludge indicated by Clostridium perfrigens at a deep ocean dump site, Appl.Environ. Microbiol. 59:47

Hughes, M.S., Steele, T.W. (1994): Occurence and distribution of Legionella species in composted plant materials, Appl.Environ.Microbiol. 60:2003

Huysman, F., Renterghem, B.V., Verstraete, W. (1992): Antibiotic resistant sulphite reducing clostridia in soil and groundwater as indicator of manuring practises, Water Air Soil Poll. 69:243

Jager, E., Ruden, H., Zeschmar-Lahl, B. (1994): Kompostierungsanlagen, 2. Mitteilung: Aerogene Keimbelastung an verschiedenen Arbeitsbereichen von Kompostierungsanlagen, Zbl.Hyg. 196:367

Klánová, K., Masná, D. (1990): Návrh jednotných mikrobiologických vyšetření půdy, tekutých a tuhých materiálů, Acta.Hyg.Epidem.Microbiol. příloha č. 15.

Larsen, H.E., Munch, B., Schlundt, J. (1994): Use of indicators for monitoring the reduction of Pathogens in animal waste treated in biogas plants, Zbl.Hyg. 195:544

Pepper, I.L., Josephson, K.L., Balley, R.L., Burr, M.D., Gerba, C.P. (1993): Survival of indicator organisms in Sonoran Desert soil amended with sewage sludge, J.Environ.Sci. Health A28(6):1287

Pillai, S.D., Widmer, K.W., Dowd, S.E., Ricke, S.C. (1996): Occurence of airborne bacteria and pathogen indicators during land application of sewage sludge, Appl.Environ.Microbiol. 62:296

Scanlan, J.W., Psaris, P.J., Kuchewither, R.D., Nelson, M., Metcalf, M., Reinero, R.S., Akero, T.G., Flynn, B.P., Schafer, P.L., Kelly, J.M. (1989): Review of EPA sewage sludge technical regulations, Water Poll.Contr.Fed. 36:256

Shenyi, E., Kurup, V.P., Fink, J.N. (1991):Circulating antibodies against thermophilic actinomycetes in farmers and mushroom workers, Hyg.Epidemiol.Microbiol.Immunol. 35:309

Sheppard, S.C., Gaudet, C., Sheppard, M.I., Cureton, P.M., Wrong, M.P. (1992): The development of assessment and remediation guidelines for contaminated soil: a review of the science, Can.J.Soil.Sci. 72:359

Sigsgaard, T., Malmros, P., Nersting, L., Petersen, C. (1994): Respiratory disorders and atopy in Danish refuse workers, Am.J.Respir.Crit.Care Med. 149:1407

Strauch, D. (1987): Microbiological specification of disinfected compost, in Compost: Production, Quality and Use, Elsevier Applied Science, Barking, UK, p.210

Zimová, M. (1994): Studie hodnocení současného stavu aplikace kalů z ČOV veřejných kanalizací na zemědělskou půdu z hlediska ochrany veřejného zdraví a současné legislativy, SZÚ