Pálinkacefre-maradék mezőgazdasági hasznosításának megalapozása komposztálással
A pálinkacefre-maradék szerves anyagai hiánypótló melléktermékek lehetnek a talajok termékenységének növelésében, bár termőföldre kihelyezésük engedélyhez kötött. A gyorsabb feltáródás és a humuszosodás előmozdítása érdekében állagát érdemes olyan anyagokkal javítani, amelyek egyúttal a talajok fizikai-kémiai és biológiai tulajdonságaihoz is kedvezően járulnak hozzá. Fontos szempont a cefremaradék rendszerint magas nehézfém- (réz-) tartalmának a csökkentése is.
Magyarországon a környezeti terhek egyik jelentős forrása a 2019-es KSH-adatok szerint az évente keletkező húszmillió tonna hulladék, amelynek egy része az élelmiszeripar elkerülhetetlen mellékterméke. Más hulladékkategóriákkal összehasonlítva a mezőgazdasági és az élelmiszeripari eredetű hulladékok anyagában történő hasznosítási aránya a mezőgazdaságban kiemelkedő. A vizsgálatok anyaga egy biológiailag lebomló, élelmiszer-előállításból származó, nem veszélyes hulladék, a pálinka előállításával keletkező magas víztartalmú cefremaradék, más szavakkal: cefremoslék, szeszmoslék, kifőzött cefre, slempe volt. Ezt a mellékterméket a biológiai talajerő-gazdálkodásban történő hasznosíthatóság szerint vizsgáltuk. A cefremaradék különböző anyagok hozzáadásával került komposztálásra, ennek hatékonyságát értékeltük kémiai, biokémiai és biológiai paraméterek segítségével.
A 2017-es adatok alapján közel 300 ezer tonna cefremaradékot kellett kezelni, ami összevetve a keletkező kommunális szennyvíziszapok közel 1 millió tonnás mennyiségével, figyelemre méltó tételt jelent. A mezőgazdasági célú hasznosítás nagy jelentőségű, de a termőföldre történő kezelések nélküli kihelyezés körültekintést igényel, illetve talajvédelmi terv alapján engedélyhez kötött, a 2007. évi CXXIX. törvény alapján. A kijuttatható dózis a bevizsgált élelmiszer-hulladék pH-jától, tápelem-, illetve só- és nehézfém-tartalmától, a befogadó terület nitrátérzékenységétől, a felszín alatti vizek érintettségétől, a talajfelszín hőmérsékletétől, csapadékkal borítottságától, valamint a termeszteni kívánt kultúrától is függ. Noha igen kedvező tápelem-tartalmú hulladékról van szó, a 20 000–70 000 mg/l összes oldott sótartalma miatt másodlagos szikesedést okozhat.
Erősen savas kémhatása pedig (pH = 3-4) savanyú talajokra történő kihelyezésekor meszezést tesz szükségessé azért is, hogy csökkenjen a toxikus elemek, elsősorban a réz felvehetősége. A talajvédelmi szempontból sarkalatosnak számító nehézfémtartalom kockázatánál a cefremaradékok réztartalma a 0,34–20,1 mg/l értékeivel nagy szórást mutat, átlagosan azonban 3,06–6,77 mg/l közötti értékekre vannak adatok. Saját vizsgálataink alapján 2,91 mg/l, valamint 2,14 mg/l, vagyis lényegesen alacsonyabb értékeket kaptunk, ami mindössze 0,57, illetve 1,27 mg/l növekményt jelentett a lepárlást megelőző kiinduló értékekhez viszonyítva.
A cefremaradék komposztálási kísérlete és kezelései
A 12 hetes komposztálási kísérletet laboratóriumi körülmények között, perforált műanyag ládákban végeztük ki a Szent István Egyetem Talajtan és Vízgazdálkodás Tanszékén (jelenleg MATE Agrárkörnyezettani Tanszéke). A cefremaradékot (pH = 3,69) kerti komposzttal, 76–78%-ban amorf kovát tartalmazó kovafölddel, fahamuval, valamint ezek keverékével kezeltük. Az erdőbényei kovaföld (Ediafilt DSEB) miocén kori szerves üledékes kőzet, szemcseméretét tekintve javarészt az iszapfrakció mérettartományába sorolható, kisebb részben pedig agyagfrakciók alkotják. Mikroszkópos vizsgálata során is jól láthatók a különböző kovamoszatvázak, amelyeknek a felhalmozódásával keletkezett az anyag. Kőzetalkotó ásványa 76–78%-ban amorf kova, 15–17%-ban kalcit, valamint 6–7%-ban montmorillonit. A termék tanúsítványában olvasható pH(H2O) = 6,23–6,26 tartománytól eltérően pH(H2O)= 7,93 értéket mértünk. Szárazanyag-tartalma 93,45.
A fahamu a legrégebb óta használt lúgos kémhatású műtrágya, amelyben a toxikus nehézfémek koncentrálva jelenhetnek meg. Elemtartalmát számos tényező mellett meghatározza az elégetett fa fajtája és az égetés technológiája. A makroelemek közül legnagyobb értéket a felvehető K2O = 66,4 g/kg jelenti, ami a fatüzelésű kályhák égésterének viszonylag alacsony hőmérsékletével magyarázható. Összes oldott sótartalma jelentős, 104,5 g/kg, kémhatása pH(H2O)= 13,65. Szárazanyag-tartalma 94,65%. A cefremaradék kezeléseit és a kialakított keverékek arányát az1. táblázat közli. A kísérletben felhasznált almacefre-maradék a lepárlást megelőzően irányított erjesztésen esett át, az almapektin enzimatikus feltárását és élesztőtápsó hozzáadását követően fajélesztővel oltották, kémhatását foszforsavval állították be, ami a vizsgálatok során pH(H2O)= 3,69 értéket mutatott. A szuszpenzióban mért összes oldott só igen kevés, mindössze 1331 mg/l. A szárazanyagra vonatkoztatott felvehető makroelemek közül 37 440 mg/kg K2O-ot, továbbá 1231,2 mg/kg P-t mértünk, a nitrit (NO2–) és a nitrát (NO3–) kimutatási határ alatt volt jelen, és ammóniumból (NH4+) is csak 2 mg/kg-ot tartalmazott. A szuszpenzió szárazanyag-tartalma 3,5%, amelyből szerves anyag 93,2%. A kezeléshez felhasznált anyagok fizikai-kémiai tulajdonságait a 2. táblázat közli.
A cefremaradék-komposztok vizsgált tulajdonságai A minták vizsgálati eredményei szerint a kovaföld igen jó pufferkapacitású, közel 80%-ot kitevő SiO2 és 6–7%-os montmorillonit-tartalmú, megközelítőleg 15% karbonátot is tartalmazott. Valamennyi kezelés kémhatása a semleges körüli tartományban alakult, vagy a semleges érték irányába mozdult, ami a mikrobióta szempontjából meghatározó tényező. A legtöbb ásványosodott nitrogént a kerti komposztoskezelés tartalmazta. Legszerényebb ellátottságot pedig a fahamus kezelés mutatott, de a legjobb nitrogénszolgáltató képességgel. Számottevő nitrit is mérhető volt a fahamus mintákban, és jó vízmegkötő képesség is jellemezte azokat (1. ábra).
A mérések szerint a kísérlet félidejében a cefremaradék és a komposzt Cu = 65,29 mg/kg-ot mutatott. A kovaföldben talált Cu = 5,324 mg/kg koncentráció is eltörpül a cefremaradékkal keverést (Kf + C) követő Cu = 37,37 mg/kg-mal szemben. A nagy sókoncentrációval jellemezhető fahamuban mért Cu = 72,14 mg/kg is magas, ami a cefremaradékkal történő keverés (F + C) után Cu = 86,30 mg/kgra nőtt. A kísérlet végére a réz mennyisége valamennyi kezelésnél csökkent a bekevert anyagok hatására.
A minták szervesanyag-tartalmának meghatározását Tyurin-féle eljárással vizsgáltuk. A cefremaradék szárazanyagából H = 1,93% könnyen oxidálódó szerves anyag volt mérhető. Az adalékok közül a kertikomposzt mutatta a legnagyobb, H = 12,31%-os értéket, a kovaföldben H = 0,356%, a fahamuban pedig H = 0,647% humuszt lehetett kimutatni. A kerti komposzt-cefremaradék (Kp + C) keveréke további humuszanyagok képződését eredményezte a 6. hétre, ami nem csökkent a kísérlet végére sem. A kovaföldes (Kf + C) és a fahamus (F + C) kezelésekben még dinamikusabb humuszképződés mutatkozott. A valódi humuszanyagokat kis moláris tömegű fulvosavak és nagyobb molekulatömegű huminsavak alkotják, ezek egymáshoz viszonyított aránya mutatja meg a humusz minőségét, a humuszanyagok stabilitását. A Hargitai-vizsgálat lényege, hogy a humuszanyagokat sóoldatban és gyenge lúgban is oldatba viszi, és azok oldhatóságának, illetve oldatuk abszorbanciájának a különbözősége alapján humuszstabilitási értéket (Q) és stabilitási koeffienst (K) is számolni lehet.
A cefremaradék kezelésére alkalmazott kerti komposzt Q = 1,73 értéke jó, és azt jelzi, hogy a NaF-ban oldódó, nagyobb molekulájú humuszsavak aránya nagyobb, amit leginkább sötét színű oldat jellemez. Kedvező, Q = 1-nél kisebb értéket kaptunk a kerti komposzttal (Kp + C) kezelt mintákban a 6. héten, ám a H% növekedésével a 12. hétre csökkent a stabilitás. A kovaföldes (Kf + C) kezelésnél nagyobb Q-értékek mellett ugyanez a tendencia volt megfigyelhető, ami jelezte, hogy a szerves anyagot és az ásványi összetevőket is tartalmazó keverékekben megindult a kedvező irányú humuszképződés. A fahamu-cefremaradék (F + C) keverékében közepes minőséget mutatott a humuszstabilitási szám (Q), ennél a kezelésnél a NaOH-ban oldódó kis molekulatömegű humuszanyagok domináltak. Az összes kezelőanyagot (M) tartalmazó keverékben is a kevésbé stabil humuszanyagok aránya lett egyre nagyobb. Igazolódott, hogy minél dinamikusabb a humuszképződés üteme, annál nagyobb a kevésbé értékes, kis moláris tömegű humuszanyagok aránya. A nagyobb, stabilabb humuszmolekulák a folyamat későbbi szakaszában jönnek létre, amikor a biológiai folyamatokat kémiai folyamatok veszik át, és a rendszer stabilizálódik.
A kezelt komposztok biológiai jellemzői
A kísérletben felhasznált szerves és ásványi alapanyagok kölcsönhatását a biokémiai folyamatokért felelős mikrobióta mikroszkópos direkt vizsgálatával is nyomon követtük. Ennek során meghatározott élőlénycsoportok sokféleségét (mikrobiális diverzitását) figyeltük. A kísérletek végén meghatároztuk a baktériumok és mikroszkopikus gombák számát (abundanciáját) is, valamint a kovaföldes kezelésnél jól azonosíthatók voltak az elhalt kovamoszatok vázai (1. a, b kép).
A kertikomposzt-mintákban baktériumok, sugárgombák, élesztő- és fonalas gombák, algák, valamint a mikroszkopikus talajállatok (fauna) tagjait is kimutattuk, így csillósok, ostorosok és amőbák is előfordultak. A mezofauna tagjait a fonálférgek képviselték. A kovaföldben sokféle kovamoszat vázát lehetett felismerni (3. ábra).
A fahamuban ezzel szemben csekély nyomát találtuk a mikrobiológiai aktivitásnak. A lepárlást követően hetekig zárt tartályban tárolt cefremaradékban korlátozott mértékben találtunk baktériumokat és kovamoszatokat. A biológiai sokféleség viszonyított adatait néhány élőlénycsoportra a 3. táblázat mutatja be.
A kísérlet félidejében a kezelésekből vett mintákat a mikrobaközösség diverzitása és baktériumokban, gombamicéliumban és algákban való gazdagsága jellemezte, ami a kísérlet végére valamennyi mintában beszűkült. A 12. héten kevés kivételtől eltekintve jellemzően csak baktériumaktivitást lehetett kimutatni.
A kísérlet eredményeinek összefoglalása
A kísérleti közegekben egészen szélsőséges körülmények között is kialakultak olyan biokémiai folyamatok, amelyek a semleges tartomány felé mozdították el a pH-t, és ez biztosította a tápelemek feltáródását, valamint a szerves anyagok képződését is. A pH-t leginkább a kovaföld-cefremaradék stabilizálta és tette egyenletessé. A kovaföld a vízállékonyságot kevésbé tudta biztosítani, de a makroelemek harmonikus egyensúlya és az alacsonyabb réztartalom miatt is a további alkalmazásai javasolhatók. Ez a keverék képes a talajok kémhatásának a javítására is, és a savanyú homokon is hozzájárulhat az értékes humuszanyagok kialakulásához, a talajszerkezet javításához. A kémhatás fontos tényező a tápelemek oldhatóságánál, ám csak a rendelkezésre álló készletekből lehetséges tápelemet szolgáltatni. A fahamu-cefremaradék kombinációnál a keverék nitrogénszolgáltató képessége figyelemre méltó, az 1 : 3 arányú teljes foszfor- és káliumtartalom pedig a talajok káliumpótlására teszi alkalmassá. Szerkezeti sajátosságai révén javíthatja a legtöbb talaj fizikai tulajdonságait, de meszes talajon alkalmazásánál a kémhatás javítására van szükség. A tápelempótlásnál figyelembe kell venni a réztartalmat, ami savanyú talajokon kockázatot jelent a talaj nehézfém-tartalom mobilizálása miatt. A kertikomposzttal kezelt cefremaradékot (Kp + C) az N : P : K = 3 : 1 : 1 aránya jellemezte, egyéb kedvező tulajdonságai fokozzák széles körű alkalmazhatóságát szerves trágyaként, elsősorban nitrogénpótlásra. A kovaföldes (Kf + C) kezelés 3 : 2 : 5 arányú műtrágyának megfeleltethető káliumtúlsúlyos trágyát jelent. A fahamu-cefremaradék (F + C) keverékében 0 : 1 : 3, az összes kezelőanyaggal elegyített cefremaradék (M) esetében pedig 1 : 1 : 5 volt a makroelemek, N : P : K aránya. Az összes kezelőanyagot tartalmazó kezelésre káliumtrágyaként tekinthetünk. A kezelésekben létrejött makroelemarányokat a 3. ábra mutatja.
A legkomplexebbnek és a legnagyobb mennyiségű makroelem-mennyiségekkel rendelkezőnek a komposzt-cefremaradék keverék bizonyult. A jó pufferkapacitással, tápelem-szolgáltató képességgel és -készlettel, valamint dinamikus humuszanyag-képződéssel, diverz mikrobiológiai tulajdonsággal és igen jó vízállékonysággal jellemezhető anyag alkalmas a talajok fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságainak a javítására. A cefremaradék réztartalmának kockázatával kapcsolatban a kísérlet megerősítette, hogy a nehézfémekre vonatkozó aggályok nem megalapozatlanok. A savas kémhatású cefremaradék valamennyi keverékben növelte a felvehető réz-tartalmat. A cefremaradék és kezelőanyagai között létrejött kölcsönhatásban a tápelemek kedvező változásként értékelt mobilizálódásának mintájára a toxikus nehézfém oldódása volt tapasztalható, ami mutatja, hogy nem helyes gyakorlat a pálinkacefre-maradék termőföldre kihelyezése előzetes kezelések nélkül, amelyek csökkentenék a kockázatot.
Összességében igazolódott, hogy a talajok termékenységének szempontjából legfontosabb tényező a humuszképződés, ezen keresztül a tápelem-szolgáltató képesség, a vízállóság, valamint a kémhatás. Ezek közvetlen és közvetett, szövevényes egymásra hatásában alakulhat egy közeg komposzttá és talajjavító anyaggá.
A cefremaradék termőföldön történő lehetséges felhasználását az alkalmazott kezelések, így a komposzt, a kovaföld és a hamuanyagok is jelentősen javították, a nehézfémkockázat mérséklésével egyidejűleg.
A kísérlet során felvetődött ellentmondásokról, kérdésekről és biztató eredményekről nem szabad megfeledkezni. Az emberi civilizáció egyik kényszerű és roppant fenyegető velejárója a hulladékok keletkezése, amivel nekünk, embereknek felelősségünk szembenézni, nem azért, mintha a világunk célja lennénk, hanem mert a része vagyunk, hiszen „…a természetben nincsenek sem jutalmak, sem büntetések: következmények vannak” – Robert Ingersoll (1833–1899).
A biológiai talajerőgazdálkodó mérnök/szakember szakirányú továbbképzésre vonatkozó képzési információk a következő linken nyerhetők: https://uni-mate.hu/képzés/content/biológiai talajerő-gazdálkodási-szakmérnök-szakember-szakirányú-továbbképzés
Biológiai talajerő-gazda(g)ság – 1.A talajbiológiai erő fontossága és az ismeretek begyűjtése
Biológiai talajerő-gazda(g)ság – 2. rész
Biológiai talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 3/1
Biológiai Talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 3/2.
Biológiai Talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 5.
Biológiai Talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 6.
Biológiai talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 7.
