Ανάπτυξη μιας καθολικής μεθόδου ανάλυσης της ωρίμανσης του κομπόστ μέσω χρωματομετρίας
Authors: Τσιβάς Δημοσθένης 
Published: April 2024

Η παραγωγή οργανικών απορριμμάτων και η ανάγκη εύρεσης μεθόδων διαχείρισής τους μπορεί να χρονολογηθεί από την απαρχή του ανθρώπινου πολιτισμού και της αστικοποίησης. Μια εφαρμοσμένη μέθοδος επεξεργασίας μιας πληθώρας οργανικών αποβλήτων είναι η κομποστοποίηση. Υψίστης σημασίας σε μια κομποστοποίηση είναι ο ορθός και ακριβής προσδιορισμός της ωρίμανσης του τελικού προϊόντος, καθώς η εφαρμογή ενός μη ώριμου και ασταθούς προϊόντος κομποστοποίησης θα επιφέρει τα αντίθετα από τα θεμιτά αποτελέσματα ενίσχυσης τους εδάφους. Πολλές μελέτες έχουν δείξει πως ο έλεγχος μιας διεργασίας κομποστοποίησης, καθώς επίσης και η αξιολόγηση της ωρίμανσης του τελικού προϊόντος, επιτυγχάνονται μέσω της παρακολούθησης συγκεκριμένων δεικτών, οι οποίοι απαιτούν συνήθως πολύπλοκες αναλύσεις, που είναι είτε ακριβές είτε χρονοβόρες. Επομένως, είναι αναγκαία η δημιουργία μιας απλής, γρήγορης και φθηνής μεθόδου αξιολόγησης του μετασχηματισμού της οργανικής ύλης και προσδιορισμού της ωρίμανσης της κομποστοποίησης. Στο πλαίσιο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αναπτύχθηκε μια μέθοδος για τον έλεγχο της εξέλιξης της κομποστοποίησης και την αξιολόγηση της ωρίμανσης του κομπόστ με τη χρήση των χρωματικών μεταβλητών του μοντέλου CIELAB.Σε όλα τα πειράματα κομποστοποίησης που διεξήχθησαν διαπιστώθηκε η σταθερή πτωτική τάση μεταβολής των χρωματικών μεταβλητών a*, b*, C* και η ισχυρή συσχέτισή τους με το χρόνο της κομποστοποίησης. Επιπλέον, παρατηρήθηκε πως η μεταβολή των χρωματικών μεταβλητών a*, b*, C* λαμβάνει χώρα κυρίως μέχρι και το σημείο πλήρους ωρίμανσης του κομπόστ (σταθερό και ώριμο). Μετά το σημείο ωρίμανσης του κομπόστ, διαπιστώθηκε πως οι συγκεκριμένες χρωματικές μεταβλητές παρέμειναν σχετικώς αμετάβλητες. Σε ορισμένα πειράματα κομποστοποίησης καταγράφθηκε η ισχυρή συσχέτιση των χρωματικών μεταβλητών a*, b* και C* με φυσικοχημικές παραμέτρους της κομποστοποίησης, που αποτελούν τυπικούς δείκτες ωρίμανσης του κομπόστ. Παρόλα αυτά, αυτό το φαινόμενο δεν αποτέλεσε κανόνα όλων των κομποστοποιήσεων. Πιο συγκεκριμένα, κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων κομποστοποίησης πράσινων απορριμμάτων, διαπιστώθηκε πως η μεταβολή των χρωματικών μεταβλητών a*, b*, C* επηρεάζεται κυρίως από τον μετασχηματισμό της οργανικής ύλης σε σταθερές χουμικές ενώσεις, αντικατοπτρίζοντας κατά αυτό τον τρόπο τα στάδια εξέλιξης της κομποστοποίησης, μέχρι το σημείο ολοκλήρωσης της ωρίμανσης, και ιδιαίτερα την σταθεροποίηση του οργανικού υποστρώματος. Επιπροσθέτως, κατά τη διεξαγωγή πανομοιότυπων κομποστοποιήσεων, διαπιστώθηκε πως οι απόλυτες τιμές των χρωματικών μεταβλητών a*, b*, C*, καθώς επίσης και οι μαθηματικές εξισώσεις που περιγράφουν την συσχέτιση τους με το χρόνο ήταν παρόμοιες. Ομοιότητες στις εξισώσεις συσχέτισης των χρωματικών μεταβλητών με το χρόνο της διεργασίας καταγράφθηκαν και κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων, όπου τα αρχικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της κύριας πρώτης ύλης διατηρούνταν σταθερά, ανεξάρτητα από την προσθήκη διαφορετικών επιπλέον υλικών. Παρόλα αυτά, υποστρώματα κομποστοποίησης διαφορετικών κύριων πρώτων υλών, καθώς επίσης και κομποστοποιήσεις όπου τα αρχικά χαρακτηριστικά της κύριας πρώτης ύλης μεταβαλλόταν, διαπιστώθηκε πως, παρουσιάζουν διαφορετικά χρωματικά προφίλ, με διαφορετικές μαθηματικές εξισώσεις συσχέτισης, καθώς επίσης και διαφορετικές απόλυτες τιμές και εύρος μεταβολής των χρωματικών μεταβλητών a*, b*, C*. Μέσω των χρωματικών μεταβλητών Δa*, Δb*, ΔC* του μοντέλου CIELAB μπορεί να παρακαμφθεί η εξάρτηση του χρώματος από τα αρχικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της κύριας πρώτης ύλης. Πιο συγκεκριμένα, λόγω της ισχυρής συσχέτισης των προαναφερθέντων χρωματικών μεταβλητών με τον λόγο HA/FA, τιμές Δb*, ΔC* μεγαλύτερες του 2.76 και 2.96, αντίστοιχα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δείκτης αποδεκτού βαθμού χουμοποίησης (ΗΑ/FA>1.9) και ως εκ τούτου επαρκής σταθεροποίησης του υποστρώματος και ολοκλήρωσης του σταδίου ωρίμανσης κομποστοποιήσεων πράσινων απορριμμάτων, ανεξάρτητα από τις διαφορετικές παραμέτρους της κομποστοποίησης, όπως το μέγεθος του σωρού, τα πρόσθετα υλικά, τα αρχικά χαρακτηριστικά της κύριας πρώτης ύλης και τις καθυστερήσεις κατά την εφαρμογή των απορριμμάτων σε συστήματα κομποστοποίησης. Παρόλα αυτά, οι ίδιες τιμές Δb* και ΔC* δεν μπορούν να εφαρμοστούν σε διαφορετικά υποστρώματα κομποστοποίησης και απαιτείται ο προσδιορισμός των αντίστοιχων τιμών για το εκάστοτε οργανικό υπόστρωμα. Κατά τη διεξαγωγή μια ανάλυσης κόστους, προκειμένου να συγκριθούν το κόστος και ο χρόνος ανάλυσης μεταξύ της νέας προτεινόμενης χρωματομετρικής μεθόδου CIELAB και μιας τυπικής μεθόδου αξιολόγησης της ωρίμανσης του κομπόστ, διαπιστώθηκε πως η χρωματομετρική μέθοδος CIELAB απαιτεί μόλις 2 μέρες για την εξαγωγή συμπεράσματος, ενώ μια τυπική μέθοδος ελέγχου και αξιολόγησης της ωρίμανσης του κομπόστ απαιτεί 5 μέρες. Επιπλέον, η νέα χρωματομετρική μέθοδος μπορεί να μειώσει τα συνολικά λειτουργικά κόστη έως και 93.3%. Πιο συγκεκριμένα, το κόστος εργασίας μπορεί να ελαττωθεί κατά 92.8%, η κατανάλωση ενέργειας κατά 86.3% και οι ανάγκες σε αναλώσιμα κατά 100%. Με βάση τα αποτελέσματα όλων των πειραμάτων κομποστοποίησης πράσινων απορριμμάτων, ακολούθησε η ανάπτυξη ενός πρωτοκόλλου προσδιορισμού και αξιολόγησης της ωρίμανσης του κομπόστ με τη χρήση του χρωματικού μοντέλου CIELAB, και πιο συγκεκριμένα των μεταβλητών Δb* και ΔC*. Επειδή οι χρωματικές μεταβλητές Δb* και ΔC* δεν αντικατοπτρίζουν πάντοτε την εξέλιξη των τυπικών δεικτών ωριμότητας του κομπόστ, προτείνεται, τόσο για την αξιολόγηση της ωριμότητας όσο και για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων σταθερότητας και πλήρους ωρίμανσης (σταθερό και ώριμο) της κομποστοποίησης, η διεξαγωγή περιοδικών τυπικών αναλύσεων ωρίμανσης του κομπόστ. Αυτές οι αναλύσεις δύναται να αποτελούνται είτε από μια πληθώρα φυσικοχημικών παραμέτρων της κομποστοποίησης, είτε μόνο από τις δύο πιο κοινά αποδεκτές αναλύσεις αξιολόγησης της ωρίμανσης του κομπόστ, και πιο συγκεκριμένα την κατανάλωση του οξυγόνου (σταθερότητα) και τον δείκτη βλάστηση (ωριμότητα). Και στις δύο περιπτώσεις, η εν μέρη αντικατάσταση των φυσικοχημικών αναλύσεων του κομπόστ από την χρωματική ανάλυση CIELAB, μπορεί να μειώσει το κόστος ανάλυσης προσδιορισμού και αξιολόγησης της ωρίμανσης του κομπόστ έως και 57.62% και 32.44%, αντίστοιχα. Συγκεντρωτικά, τo μεγαλύτερο πλεονέκτημα της προτεινόμενης χρωματικής μεθόδου για τον έλεγχο και την αξιολόγησης της ωρίμανσης του κομπόστ, εκτός από το μειωμένο κόστος, είναι η μείωση του χρόνου που απαιτείται για την εξαγωγή συμπερασμάτων μετά την δειγματοληψία (1 ημέρα). Ειδικά για τις ανάγκες καθημερινής παρακολούθησης ενός συστήματος κομποστοποίησης, η νέα χρωματική μέθοδος ανάλυσης της ωρίμανσης του κομπόστ είναι ιδανική. Επιπλέον, οι παραγωγοί κομπόστ που ενδιαφέρονται κυρίως για τον βαθμό χουμοποίησης του κομπόστ δύναται να επωφεληθούν αρκετά, καθώς οι τυπικές αναλύσεις προσδιορισμού των HA, FA απαιτούν χρόνο, αρκετά αναλώσιμα και έως και 2-3 ημέρες για την εξαγωγή αποτελεσμάτων. Αξίζει επίσης να σημειωθεί πως, η μετατροπή της οργανικής ύλης σε σταθερές χουμικές ενώσεις αναφέρεται σε πολλές μελέτες ως δείκτης αύξησης των θρεπτικών συστατικών της κομποστοποίησης και της επίδρασής των τελικών προϊόντων στα φυσικοχημικά και βιολογικά χαρακτηριστικά του χώματος. Επιπρόσθετα, αναφέρεται πως η εφαρμογή κομπόστ με υψηλή περιεκτικότητα σε χουμικές ενώσεις μπορεί να ενισχύσει την δυνατότητα ανάπτυξης των φυτών.