PL240339B1 - Mieszanka z odpadów biodegradowalnych do stworzenia podłoża do adaptacji roślin na terenach ubogich w glebę oraz na zdegradowanych terenach - Google Patents

Description

Mieszanka jest wykorzystana:

- do uprawy roślinności miejskiej w krajach z ciepłym klimatem i z deficytem glebowym,

- jako dobry materiał do rekultywacji terenów zdegradowanych,

- jako środek poprawiający właściwości gleby,

- jako stymulator wzrostu.

Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.389087 znany jest środek do biologicznej rekultywacji podłoży pustynnych, piaszczystych i pylistych, składający się głównie z odpadowych materiałów włóknistych z dodatkiem aktywatorów, nasion charakteryzuje się tym, że składa się z warstw, układanych jedna na drugiej, spodniej warstwy nakładanej bezpośrednio na podłożu pustynnym, piaszczystym lub pylistym składającej się z półpłynnej masy celulozowej utworzonej z odpadowych rozdrobnionych produktów celulozowych w ilości do 80% objętościowych oraz wody, na grubość od kilku do kilkudziesięciu centymetrów i wierzchniej warstwy nakładanej na sucho po stężeniu pierwszej warstwy, na grubość od kilku do kilkudziesięciu centymetrów, składającej się do 80% objętościowych z odpadowych rozdrobnionych materiałów włóknistych otrzymanych z tkanin i włókien naturalnych i/lub sztucznych, odpadowych rozdrobnionych materiałów celulozowych, w tym z odpadowych produktów opakowaniowych w ilości do 80% objętościowych, zawierającej hydrożel w ilości 50-200 g na 1 m² podłoża równomiernie rozłożony w rozkładanej masie, adsorbenty w ilości do 20% objętościowych, środki wspomagające wegetację roślin w danym klimacie oraz nasiona roślin i/lub nasiona roślin i rośliny osłonięte szczepami grzybni Efektywne Mikroorganizmy aktywne „EMa”, nawadnianych po rozłożeniu i po wysianiu nasion roślin oraz zasadzeniu roślin już ukształtowanych, w zależności od warunków atmosferycznych.

Z polskiego opisu patentowego nr 182379 znana jest masa do przykrywania odpadów komunalnych deponowanych na składowiskach w celu izolacji podłoża i absorpcji wydzielających się nieprzyjemnych zapachów oraz równoczesnej rekultywacji podłoża, składająca się z odpadowych materiałów włóknistych, zawierająca w swym składzie od 20 do 80% wagowych rozdrobnionej makulatury, od 10 do 70% wagowych rozdrobnionych tkanin i włókien naturalnych i/lub sztucznych, od 4 do 4 0% wody, od 1 do 5% wagowych środków dezynfekujących, od 5 do 30% wagowych środków adsorpcyjnych oraz ewentualnie zawiera dodatkowo nasiona roślin traw z domieszką nawozów sztucznych w ilości niezbędnej dla ich wzrostu, oraz ewentualnie zawiera dodatkowo w swym składzie utwardzacz korzystnie polialkohol winylowy - wodny polimer akrylu w ilości od 5 do 30% wagowych.

Z polskiego opisu patentowego nr 186343 znany jest sposób biologicznego uaktywniania masy z odpadowych materiałów włóknistych, według którego masa składająca się z rozdrobnionej makulatury, z rozdrobnionych tkanin i włókien naturalnych oraz wody, zawiera dodatkowo adsorber koloidalny korzystnie kaolin w ilości od 1 do i 0% wagowych masy, moderator korzystnie zasadowy i/lub kwaśny fosforan sodu i dwuwęglan sodu w ilości od 1 do 2% wagowych masy, nawóz sztuczny lub organiczny w ilości od 1 do 5% wagowych masy oraz szczepy bakterii i/lub kolonie pierwotniaków w ilościach śladowych, po czym dodaje się nasiona roślin, zwłaszcza traw, w ilości od 5 do 8% wagowych masy, dobrane w zależności od jej przeznaczenia. Masa taka jest przeznaczona do przykrywania składowisk odpadów, zwłaszcza odpadów komunalnych, w tym do rekultywacji nieużytków piaszczysto-żwirowych, gdzie do masy dodaje się nasiona roślin: szczotlicha siwa (Corynopharus canescens), rozchodnik ostry (sedum acre), nasrzyk żółty (Melilotus officinalis), powój polny (Convolvulus avvensis), kostrzewa owcza (Festuca ovina), dziewanna (Werbascum olirapicum), wydmuchrzyca (Elymus arenarius).

Z kolejnego polskiego opisu patentowego nr 162849 znany jest sposób rekultywacji powierzchni nieurodzajnych osadami z miejskich oczyszczalni ścieków, które przykrywa się warstwą izolacyjną korzystnie z materiału rodzimego, gdzie rekultywację prowadzi się dwustopniowo na całej uformowanej powierzchni rekultywowanej, składającej się z żyznej warstwy podpowierzchniowej zakaźnej i nieurodzajnej warstwy nawierzchniowej aseptycznej, przy czym w pierwszej kolejności nasadza się sadzonki roślinności wysokiej wprowadzając ich system korzeniowy w podpowierzchniową warstwę osadów z miejskich oczyszczalni ścieków, a następnie po okresie, kiedy przyrastające zrzuty ulistnienia pochodzące od roślinności wysokiej wzbogaca się w warstwę izolacyjną aseptyczną w substancje próchnicze, wprowadza się na tę warstwę roślinność niską.

PL 240 339 B1

Z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P.311614 znana jest zaprawa do rekultywacji gruntów, mająca zastosowanie przy rekultywacji zniszczonych terenów np. pobudowanych, wydeptywanych trawników, usypywanych skarp przydrożnych. Zaprawa ta składa się z 3-6 części wagowych rozdrobnionych włókien makulaturowych, 1-2 części wagowych uzupełniaczy mineralnych, 2-3 części wagowych humusu oraz 1-3 części wagowych wody. Jako wypełniacze stosuje się glinki z nawozami mineralnymi wymieszane ze sobą w proporcjach od 10:1 do 3:1. Zaprawa jest mieszana w znanym urządzeniu i natryskiwana na rekultywowaną powierzchnię również przy użyciu znanego urządzenia.

Przegląd światowych czasopism nie wykazał ani jednej pracy z zastosowaniem wykorzystanych przez nas odpadów oraz ich proporcji w celu wytworzenia sztucznego podłoża do adaptacji roślin w terenach o ciepłym klimacie i ubogich w glebę.

Wady i niedogodności obecnych rozwiązań

- użycie niewyselekcjonowanych zanieczyszczonych frakcji odpadów,

- używanie włókien sztucznych,

- brak informacji o konkretnych proporcjach oraz wpływu używanych komponentów na rośliny,

- brak informacji o możliwości aplikacji rozwiązań w krajach o ciepłym klimacie i z deficytem glebowym.

Mieszanka z odpadów biodegradowalnych do wytworzenia podłoża do adaptacji roślin na terenach ubogich w glebę oraz na zdegradowanych terenach, zawierająca makulaturę, składniki mineralne oraz tekstylia według wynalazku charakteryzuje się tym, że tekstylia naturalne stanowią co najmniej 20% objętości, lecz nie więcej niż 50%, gazeta kolorowa stanowi 10-20% objętości, gazeta szara stanowi 5 do 15% objętości, tektura stanowi 5-15% objętości, papier biurowy zadrukowany 5% objętości, kompost 15% objętości, piasek 10% objętości. Rozmiar rozdrobnionych frakcji odpadowych w postaci gazety kolorowej, gazety szarej, tektury, papieru biurowego oraz tekstyliów naturalnych wynosi 8-10 mm.

Kompost stanowią składniki zielone.

Zastosowane odpady dostarczają roślinom składników pokarmowych, spełniają minimalne wymagania jakościowe, nie zawierają zanieczyszczeń w ilości przekraczającej ich dopuszczalne wartości.

Wyniki badań wazonowych, przeprowadzonych w specjalnie stymulowanych warunkach, wykazują zdolność podłoża do utrzymania odpowiedniej wilgotności w ekstremalnych warunkach temperaturowych.

Badania wegetacyjne wazonowe pokazują, że wytworzone podłoże spełnia kryteria do wykorzystania przyrodniczego, do zagospodarowania przestrzennego terenów zieleni miejskiej, spełnia kryteria jako podłoże do uprawy nierolnej oraz do rekultywacji terenów zdegradowanych.

Badania poletkowe na mieszance wykazały, że trawa (Kostrzewa trzcinowa), wykształciła pędy wegetatywne, pędy kwiatostanu, rozwinęła prawidłowy system korzeniowy. Rozwój trawy pomiędzy częścią z optymalną mieszanką i częścią z ziemią ogrodową nie wykazał dużych różnic, przyrost całej rośliny w obu częściach był podobny i wahał się od 80 do 90 cm. Liście i pędy prawidłowo rozwinięte, brak zaburzeń fizjologicznych.

Dużą rolę odgrywa frakcja tekstyliów naturalnych, pełni ona funkcję izolatora przed warunkami atmosferycznymi, utrzymuje wilgotność na optymalnym dla nasion poziomie, sprzyja szybkiemu kiełkowaniu. Ponadto tekstylia naturalne są bogate w składniki pokarmowe - rośliny charakteryzują się szybszym przyrostem, dlatego ważne jest, aby minimalna objętość frakcji wynosiła 20% całości. Wraz z kompostem i pozostałymi frakcjami tworzą dobrej jakości podłoże i podstawę do odbudowy terenów zdegradowanych, do wytworzenia terenów zielonych w terenach z deficytem glebowym. Właściwości podłoża mają bezpośredni wpływ na wielkość i jakość otrzymanych plonów. Materiał użyty do wytworzenia podłoża jest kapilarny oraz higroskopijny, wchłania wilgoć z pary wodnej znajdującej się w powietrzu, z wilgoci w gruncie czy z rosy osadzającej się na powierzchni. Dzięki tym właściwościom podłoże jest w stanie utrzymać wilgotność, a wykorzystany materiał chroni rośliny (nasiona) przed przesuszeniem. Jest to kolejny ważny powód co do zasadności zastosowania wybranych grup odpadów biodegradowalnych do wytworzenia podłoża do adaptacji roślin w regionach z ciepłym klimatem i ubogich w glebę.

W krajach z ciepłym klimatem, zaleca się aplikacje podłoża końcem lata lub w połowie zimy; zima w tych krajach jest krótka i charakteryzuje się umiarkowanymi temperaturami w przedziale 7-21°C. Nie ma przeszkód, aby wysiewać w sezonie letnim, dlatego że skład podłoża chroni nasiona trawy przed wysuszeniem swoimi właściwościami higroskopijnymi.

PL 240 339 B1

Przeprowadzone badania nad doborem mieszanki z wybranych grup odpadów komunalnych takich jak tekstylia, tektura i produkty z papieru, z jednej strony dają nowe możliwości ich zagospodarowania co przyczynia się do minimalizacji ilości odpadów kierowanych na składowiska zaś z drugiej strony mieszanki te mogą być wykorzystywane do adaptacji roślin w rejonach ubogich w glebę.

Wykorzystanie wymienionych odpadów jako elementu podłoża do adaptacji roślin zminimalizuje ilość odpadów wysyłanych na składowiska, pomoże zmniejszyć ilość wody wykorzystywanej do ciągłego nawadniania gleb piaszczystych.

Podłoże z odpadów biodegradowalnych może przynieś korzyści dla gospodarki odpadami.

Produkty z makulatury nadają się do recyklingu kilka razy, w końcu materiał traci swoje właściwości i odpady z papieru trzeba unieszkodliwiać różnymi metodami. Dodatkowo, nie wszystkie papierowe odpady można przetworzyć na makulaturę, ze względu choćby na zabrudzenia lub nadmierną wilgotność. Odpady tekstylne są odpadem zapomnianym, dużą uwagę poświęca się odpadom ciężkim i trudnym do recyklingu oraz do zagospodarowania. Odpady te charakteryzują się szybkością rozkładu, o prawidłowym przebiegu tego procesu decydują; obecność odpowiednich populacji mikroorgan izmów oraz parametry środowiskowe, wpływające na ich aktywność i szybkość przemian. W związku z tym, używanie tych odpadów jako składnika mieszanki podłoża do adaptacji roślin można traktować za uzasadnione.

Deficyt zasobów wodnych jest jednym z poważniejszych problemów krajów z ciepłym klimatem, stanowi dużą przeszkodę w rozwoju tych krajów. Z ekonomicznego punktu widzenia, nawadnianie w krajach, które cechują się suchym, ciepłym klimatem, nie wpływa korzystnie na budżet państwa. Koszty wody związane z uprawą roślin przewyższają wartość dóbr.

Regiony z ciepłym klimatem borykają się z deficytem wodnym i glebowym. Badane podłoże do adaptacji roślin, może pomóc rozwiązać problem deficytu gleby i w minimalnym stopniu wód. Pojemność wodna oraz higroskopijność wytworzonego podłoża będzie powodować, że zużycie wody będzie znacznie mniejsze - zwłaszcza w szybko rozwijających się miastach, gdzie wydawane są ogromne środki finansowe na programy zazielenienia terenów miejskich. Programy te wiążą się z transportem gleb z innych państw, bądź intensywnym nawadnianiem.

Wykorzystanie wybranych grup odpadów biodegradowalnych w tym celu, z jednej strony prowadzi do wytworzenia sztucznego podłoża do wykorzystania do adaptacji roślin na terenach ubogich w glebę, zaś z drugi strony jest to metoda unieszkodliwiania odpadów, o dużym znaczeniu dla gospodarki odpadami komunalnymi oraz środowiska natura lnego pod względem ekonomicznym i ekologicznym.

Rozwiązanie uwidoczniono na rysunkach, na których:

Fig. 1 przedstawia stanowisko badawcze, Fig. 2 przedstawia tempo kiełkowania trawy w wazonie z mieszanką i kompostem, Fig. 3 przedstawia średnią wysokość trawy w mieszance z dodatkiem wszystkich frakcji odpadów, kompostu i piasku, Fig. 4 przedstawia mieszankę po 50 dniach od wymieszania, po zakończeniu badań wazonowych, Fig. 5 przedstawia Tabelę 1 właściwości ziemi użytej do badań jako próba kontrolna, Fig. 6 średnie temperatury w dzień i w nocy we wrześniu 2018 roku, Fig. 7 przedstawia fotografię poletka, gdzie po lewej stronie występuje część z mieszanką, po prawej z ziemią, Fig. 8 przedstawia fotografię wzrostu trawy na podłożu z frakcjami odpadów, Fig. 9 przedstawia fotografię a) i b) z rozwiniętym systemem korzeniowym w części z mieszanką po lewej i ziemią ogrodową po prawej, Fig. 10 to fotografia przyrostu trawy w poletku, A - część poletka z mieszanką optymalną; B - część z ziemią ogrodową.

Przykład realizacji

Do przykładu realizacji użyto 80 litrów mieszanki.

Do wytworzenia mieszanki adaptacyjnej użyto rozdrobniony materiał na sicie o średnicy oczek 8 mm z frakcji odpadów biodegradowalnych zebranych selektywnie (tekstylia pochodzenia naturalnego, tektura, gazeta szara i kolorowa oraz papier biurowy zadrukowany), materiał rozdrobniono w młynie produkcji Trymetr typ T4-5,5 SW o mocy 5,5 kW. Każdy składnik mieszanki rozdrabniany był osobno, po rozdrobnieniu uzyskano:

• 7,7 kg rozdrobnionej tektury, • 5,55 kg rozdrobnionego papieru biurowego, • 9,7 kg rozdrobnionej gazety kolorowej, • 3,8 kg rozdrobnionej gazety szarej, • 5 kg rozdrobnionych tekstyliów.

PL 240 339 B1

Przed rozdrobnieniem tekstyliów naturalnych, usuwa się z nich wszelkie dodatki w postaci guzików, zamków, etykiet, naszywek.

Do tak rozdrobnionych wszystkich składników dodaje się piasek w ilości 10% objętości oraz kompost w ilości 15% objętości.

W skład mieszanki wchodzą tekstylia, które stanowią 20%, gazeta kolorowa - 20%, gazeta szara - 15%, tektura 15%, papier biurowy 5% oraz kompost - 15% i piasek 10% (jako źródło podłoża rodzimego), co daje nam 16 litrów tekstyliów, 16 litrów gazety kolorowej, 12 litrów gazety szarej, 4 litry papieru biurowego oraz 12 litrów kompostu i 8 litrów piasku. Składniki mieszanki zostały odmierzo ne za pomocą miarki z podziałką.

W mieszance zastosowano łącznie 75% badanych frakcji odpadów, 15% kompostu i 10% piasku. Skład podłoża został dobrany na podstawie analizy, w której uwzględniono zawartość metali ciężkich [mg/kg], testy fitotoksyczności przeprowadzone na pieprzycy siewnej i pszenicy. Wykonano również próbę kontrolną tylko z kompostem o objętości 25 litrów.

Skład podłoża został dobrany na podstawie:

- analiz fizykochemicznych,

- analizy zawartość metali ciężkich,

- testów fitotoksyczności (przeprowadzone na pieprzycy siewnej i pszenicy). Przygotowane podłoże umieszczono w biotermie z odpływem wody poprzez dno perforowane.

Parametry dobrano zgodnie z warunkami w wytypowanym regionie - Półwyspu Arabskiego.

Temperatura w stanowisku badawczym była codziennie utrz ymywana na tym samym poziomie i wynosiła 36-37°C. Pomiar temperatury oraz wilgotności odbywał się za pomocą sterownika mikroklimatu NINOO model TR-3. W sterownik zostały wprowadzone docelowe dane temperatury oraz wilgotności. Po przekroczeniu zadanej temperatury sterownik uruchamiał dwa wentylatory (do urządzeń lęgowych), jeden wtłaczał świeże powietrze z zewnątrz stanowiska, drugi wyprowadzał na zewnątrz. W trakcie badania założono, że wilgotność w biotermie może się wahać na poziomie od 50 do 60%; w przypadku, gdy jej poziom spadł poniżej tej granicy, sterownik uruchamiał nawilżacz powietrza który pracował do uzyskania założonego poziomu. Obserwacje trwały nieprzerwanie codziennie przez okres 50 dni.

W trakcie doświadczenia w wazonie z mieszanką nie odnotowano negatywnego wpł ywu odpadów na wzrost trawy. Kiełkowanie nasion rozpoczęło się już w 4 dobie, po upływie 10 dni powierzchnia badawcza była cała pokryta wznosami trawy.

Obserwacje wykazały, że wzrost źdźbła trawy w przypadku mieszanki z odpadami był wyższy aniżeli w wazonie z kompostem. Dodatkowo na powierzchni liści nie zauważono żadnych przebarwień, a ilość kiełków oraz wysokość traw świadczy o większej powierzchni asymilacyjnej w obu wazonach.

Po zakończonym doświadczeniu wazonowym mieszanka uległa biodegradacji. Za biodegradację odpowiedzialne są mikroorganizmy oraz czynniki naturalne takie jak: światło słoneczne, tlen z powietrza i wody. Do badania wegetacyjnego poletkowego przygotowano próbkę mieszanki. W doświadczeniu poletkowym zwiększono udział piasku w porównaniu z badaniami wazonowymi. Do porostu na mieszance w ziemi przygotowano próbkę z ziemi ogrodowej bez żadnych dodatków i obsadzono dwa poletka: jedno z mieszanką, drugie z ziemią ogrodową.

Przykład realizacji poletkowej prowadzono na terenie Polski we wrześniu 2018 roku, w warunkach terenowych. Podłoże doświadczalne stanowiące mieszaninę frakcji biodegradowalnych, kompostu oraz domieszkę piasku umieszczono w jednej części o wymiarach 600 mm x 970 mm x 1160 mm, drugą część o takich samych wymiarach wypełniono ziemią (Fig. 7). Obie części obsiano czystymi nasionami kostrzewy trzcinowej (Festuca arundinacea Schreb.). Nasiona zostały wysiane krzyżowo - wzdłuż przekątnych poletka. W trakcie trwania doświadczenia nie stosowano nawożenia.

PL 240 339 Β1

Parametr	Jednostka	Wynik
Wilgotność	%	28,40
Węgiel organiczny	% s.m.	RSO = 22,69, Corg = 10,664
Substancje organiczne	% s.m.	1,2 substancji organicznych, 98,8 substancji mineralnych
Azot(N)	% s.m.	1,40

Fig. 5: Tabela 1

W trakcie całego doświadczenia poletko podlewano co 2-3 dni, w ilości 7 litrów na powierzchnię poletka, co pozwoliło utrzymać optymalną wilgotność podłoża. Temperatura powietrza w okresie całego doświadczenia wahała się między 9-24°C, w ciągu 30 dni badania, 7 dni było całkowicie zachmurzonych pozostałe były słoneczne. Okres wysiewu charakteryzował się umiarkowanym klimatem i optymalnymi warunkami w kwestii wilgotności gleby, nasłonecznienia oraz opadów. Trawa nie była nigdy poddana procesowi ścinania/koszenia. Wzrost trawy obrazuje fotografia na Fig. 8, a rozwinięty system korzeniowy w części z mieszanką i ziemią ogrodową obrazuje fig. 9 a) i b).

W zostawionej trawie na okres jesieni i zimy, wiosną 2019 pojawił się ponowny wzrost w obu częściach poletka - z mieszanką według wynalazku oraz z ziemią ogrodową. Świadczy to o tym, że trawa jest zimoodporna. Trawa w poletku nie była koszona, w części z mieszanką, źdźbła trawy osiągnęły wysokość około 90 cm, w części z ziemią ogrodową 85 cm. W obu częściach roślina wykształciła pędy wegetatywne oraz pędy kwiatostanu, duże, ciemnozielone liście Fig. 9 a) przedstawia plony z początku czerwca 2019 roku, Fig. 9 b) przedstawia przekwitnięty kwiatostan - sierpień 2019 roku.

Wyniki pokazały:

brak widocznego toksycznego wpływu odpadów, korzenie trawy są prawidłowo rozwinięte wraz z częścią nadziemną (Fig. 3 i Fig. 8), powierzchnia liści jest prawidłowa, brak żółtych przebarwień, które mogłyby świadczyć o stresie wodnym, bądź braku składników pokarmowych.

W związku z powyższym wnioskuje się, że zastosowane wybrane grupy odpadów biodegradowalnych z kompostem i z piaskiem jako podłoże, nie mają negatywnego wpływu na wielkość plonów. Uzyskane wyniki wskazują, że mimo obecności metali ciężkich w użytych do mieszanki odpadach, nie były one czynnikiem ograniczającym plonowanie roślin.

Claims (3)

1. Mieszanka z odpadów biodegradowalnych do wytworzenia podłoża do adaptacji roślin na terenach ubogich w glebę oraz na zdegradowanych terenach, zawierająca makulaturę, składniki mineralne oraz tekstylia, znamienna tym, że tekstylia naturalne stanowią co najmniej 20% objętości, lecz nie więcej niż 50%, gazeta kolorowa stanowi 10-20% objętości, gazeta szara stanowi 5 do 15% objętości, tektura stanowi 5-15% objętości, papier biurowy zadrukowany 5% objętości, kompost 15% objętości, piasek 10% objętości.

2. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że rozmiar rozdrobnionych frakcji odpadowych w postaci gazety kolorowej, gazety szarej, tektury, papieru biurowego oraz tekstyliów naturalnych wynosi 8-10 mm.

3. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że kompost stanowią składniki zielone.