Laboratoryjne wyznaczanie porowatości powietrznej materiałów przeznaczonych do kompostowania

Artykuł przedstawia laboratoryjną metodykę wyznaczania porowatości powietrznej materiałów przeznaczonych do kompostowania, pozwalającą na symulację zmian porowatości powietrznej w pryzmie o wybranych wymiarach. Porowatość powietrzna jest kluczowym parametrem fizycznym, warunkującym zainicjowanie i prawidłowy przebieg procesu kompostowania w pryzmach. Optymalna porowatość powietrzna w pryzmie kompostowej pozwala na prawidłowy transport tlenu oraz odprowadzenie wody i ciepła z pryzmy podczas kompostowania. Porowatość powietrzną materiałów przeznaczonych do kompostowania można wyznaczyć wieloma metodami laboratoryjnymi, m.in. metodą piknometryczną, saturacji materiału wodą lub teoretyczną w oparciu o pomiar np. gęstości nasypowej. Jednakże tak wyznaczona porowatość powietrzna nie odzwierciedla zmian wraz z głębokością pryzmy. Pomiar porowatości powietrznej w pryzmie kompostowej może być trudny i wymagać zburzenia struktury pryzmy. Do tego celu można wykorzystać metodę wyznaczania zmian porowatości powietrznej dla wybranych materiałów wraz z głębokością pryzmy o dowolnych wymiarach na podstawie laboratoryjnych pomiarów gęstości nasypowej w warunkach zmiennego obciążenia, wytrzymałości mechanicznej, zawartości wody oraz substancji organicznej. Przykładowo dodatek słomy do wytłoków jabłkowych zmniejszył zawartość wody i znacznie zwiększył wytrzymałość mechaniczną oraz porowatość powietrzną tej mieszanki kompostowej. Porowatość powietrzna dla pryzmy o wysokości 2 m zbudowanej z tej mieszanki zmieniała się z głębokością w zakresie 70-3%. Na podstawie wyznaczonych zmian porowatości powietrznej w pryzmie można określić: (1) konieczny udział materiału strukturotwórczego w mieszance kompostowej, który zapewni optymalną porowatość powietrzną w pryzmie w przypadku kompostowania materiałów o wysokiej zawartości wody, wysokiej gęstości nasypowej oraz znacznej podatności na kompakcję oraz (2) wydatek powietrza i częstotliwość napowietrzania pryzm.

The paper presents laboratory determination of air-filled porosity for composting materials. The described method allows for simulation of changes in air-filled porosity with composting pile depth for various pile configurations. Air-filled porosity in a composting pile is a key physical parameter for initiation and proper management of composting. The optimal air-filled porosity in a composting pile allows adequate transport of oxygen and removal of moisture and heat from a pile during the entire process of composting. Air-filled porosity of composting materials can be determined by means of several methods including laboratory tests by pycnometry and water saturation as well as theoretical calculations based on laboratory measurements of e.g. bulk density. However, the air-filled porosity determined with these methods does not reflect the changes in air-filled porosity with composting pile depth. It provides the information about the air-filled porosity observed at the top of a pile. With the increase in a pile depth the air-filled porosity of a composting mixture is reduced due to compaction resulting from stress applied by consequent layers of the composting material in a pile. For materials with high moisture content the air-filled porosity may be reduced to zero at the base of a composting pile. Direct measurement of air-filled porosity in a composting pile can pose many difficulties and requires disturbing the pile structure. Not to mention that building a composting pile in full scale requires significant quantities of composting materials and labor. Therefore, the changes in air-filled porosity with the depth of a composting pile at selected pile configurations can be determined from laboratory measurements of bulk density at applied stress, mechanical strength, moisture content and organic matter content. This method allows simulation of changes in air-filled porosity with the pile depth for various composting materials and mixtures at selected pile configurations. In case of composting materials with high moisture content and susceptibility to compaction, this simulation will allow determination of the optimal addition of a bulking agent to a composting mixture in order to provide and maintain adequate oxygen supply during the process of composting. What is more, it can be used to determine the frequency of pile turning and/or configuration of aeration system.