Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Composting is a process in which organic matter is mineralized by microorganisms. In January 2005 landfilling of organic waste was prohibited in Sweden. With this prohibition composting has become an important alternative to handle the produced organic wastes. One problem with continuous small-scale composting is the production of organic acids that will inhibit a further composting process. The aim of these theses was to study what effects temperature and dry matter content had on the production of organics acids, and what effect the organic acids had on the mineralisation of the substrate as well as the stability during storage of the product.

Laboratory experiments were performed, with seven trails where the temperature was set to 37°C, 55°C or 70°C. The rate of drying was varied by letting water either evaporate, or condensate and return to the container, or by adding water. The experiments were started with a mix of starter culture, already existing well-going compost, and substrate made of dog food, bread and apple. During the experiment the same amount of substrate was added to the containers daily. Furthermore, two trails were performed without adding any starter culture; in one of those the substrate was hygienised in 70°C before added to the container.

The highest concentration of organic acids was measured where the dry matter content was low, as this benefited the organic acids producing bacteria and inhibited the aerobic bacteria. When dry matter content was high the concentration of organic acids was low, as the growth of both organic acids producing bacteria and aerobic bacteria was inhibited by the dry environment.

Mineralisation of the substrate was quantified through different analyses. A rising temperature during the first days of the experiment shows the existence of microbial activity. The emission of carbon dioxide was high at first and declined as the concentration of organic acids increased. However, the experiments without starter culture showed the opposite development, where materialization of substrate increased over time. Mineralisation was greatest where temperature was set to 37°C and 55°C, and very low at 70°C.

Although pH was lowest in the containers with 37°C, the stability during storage was very bad, with appearance of insects and growth of mold. Best stability during storage was obtained in the containers with 70°C, where the substrate had the highest dry matter content. Here the matter had the same appearance both before and after storage.

Higher temperatures resulted in higher dry matter content than lower temperatures, and the drying depended on how hard the water was bond to the particles of the substrate. The energy removed with aeration from the containers became higher as temperature rose; however, the fastest drying was obtained at higher temperatures. The amount of energy used to evaporate one gram of water was approximately the same at any temperature.

When working with the organic waste it was apparent that the matter from the containers with 37°C had an acid smell and a good structure. The stability during storage was poor, as the material was still moist it attracted insects and molds grew. At 55°C the material smelled very bad and the structure was poor with large aggregates. The stability during storage was good when the dry matter content reached above 65 %. At 70°C the material had an acid smell and the structure was good as well as was the stability during storage.

Kompostering är en process där organiskt material mineraliseras med hjälp av
mikroorganismer. I och med att det år 2005 infördes förbud mot deponering av organiskt
avfall har kompostering blivit ett alternativ för omhändertagande av det organiska avfallet. Ett
problem vid lokal kompostering där avfall tillförs kontinuerligt är att det bildas organiska
syror som är hämmande för en fortsatt komposteringsprocess. Syftet med dessa
examensarbeten var att undersöka vilken påverkan som temperaturen och torrsubstanshalten
hade på bildningen av organiska syror, samt vilken påverkan som de organiska syrorna hade
på mineraliseringen av substratet och stabiliteten vid lagring av produkten.
I laboratoriemiljö utfördes sju försök där temperaturen var antingen 37°C, 55°C eller 70°C
och uttorkningen varierades genom att låta kondensvattnet rinna tillbaka till behållaren eller
ner i en flaska, eller genom att tillsätta vatten. Försöken startades med en blandning av
startkultur, en redan fungerande kompost, och substrat, som bestod av en blandning av
hundmat, bröd och äpple. Under försöken tillsattes sedan samma mängd substrat varje dag.
Dessutom gjordes två försök utan startkultur och i det ena av dessa hygieniserades substratet
vid 70°C innan behållaren matades.
Den högsta koncentrationen organiska syror uppmättes vid låg torrsubstanshalt, vilken
gynnade de syrabildande bakterierna och hämmade de aeroba bakterierna. Vid höga
torrsubstanshalter var koncentrationen av organiska syror låg samtidigt som tillväxten av både
syrabildande bakterier och aeroba bakterier begränsades av den torra miljön.
Nedbrytning av substratet påvisades genom en rad analyser. En temperaturhöjning precis i
början av försöken visar att en mikrobiell aktivitet förekommit. Koldioxidemissionen var hög
i början och minskade sedan när syrahalten blev för hög. I försöken utan startkultur ökade
nedbrytningen med tiden. Nedbrytningen var störst vid 37°C och 55°C, och mycket låg vid
70°C.
Trots att pH var som lägst i 37°C-behållarna var lagringsstabiliteten sämst, med förekomst av
insekter och mögelutveckling. Bäst lagringsstabilitet påvisades i 70°C-behållarna där
materialet var torrast. Där var materialet efter lagring i samma skick som före.
Resultaten visade att högre temperaturer gav större uttorkning än lägre och att uttorkningen
berodde på hur hårt vattnet var bundet till partiklarna i materialet. Energin som bortfördes
genom luftning blev högre vid högre temperatur men samtidigt torkade större mängder vatten
bort så den effektivaste torkningen, mest borttorkat vatten per tidsenhet, skedde vid höga
temperaturer. Energiåtgången per gram borttorkat vatten blev ungefär densamma vid de olika
temperaturerna.
Vid hanteringen av avfallet kunde konstateras att det vid 37°C luktade surt och att strukturen
var god. Materialets lagringsstabilitet var dålig då det drog till sig insekter och mögel
bildades. Vid 55°C luktade materialet illa och strukturen var dålig med stora
aggregatbildningar. Lagringsstabiliteten var god när materialet torkats minst 65 %
torrsubstanshalt. Vid 70°C luktade materialet svagt surt och det blev snabbt till en grynig
blandning som var lätthanterlig. Lagringsstabiliteten, efter 70°C-processen, var god.