Evolution of physical properties during the composting process of wastes of different biodegradable organic matter content and their influence on biodegradation kinetics

Physical properties of organic materials have an important impact on the composting process.

Although some authors have recommended initial ranges for dry bulk density or air filled porosity in order to enhance the composting process performance of different wastes, in general little research has been conducted on this topic, especially on the evolution of those properties during the composting process.
Two different trials of experiments were conducted with two organic wastes of different biodegradability: food waste (FW), a highly biodegradable waste, and anaerobically digested sludge from wastewater treatment (ADS) with lower biodegradable organic matter content. Initial mixtures were compacted at four different loads to vary the initial physical properties (bulk density, air-filled porosity and permeability), simulating the conditions of the material at different depths of a composting pile. The resulting compacted mixtures were composted in duplicate. Temperature, airflow and oxygen and CO2 concentrations in the exhaust gases were monitored on-line. Moisture content (MC), bulk density (BD), air-filled porosity (AFP) and permeability were measured at initial, thermophilic, and final stages for food waste composting, and initial and final for ADS composting, as well as oxygen uptake rate by means of modified OxiTop® respirometers. At the same time the combined effect of moisture content and bulk density on oxygen uptake rate was evaluated with samples collected at the three stages mentioned above using the modified OxiTop® respirometers.
Compacted mixtures resulted in air filled porosity ranging from 18 to 40% for FW and 25 to 60% for ADS. In all cases, AFP increased and BD decreased with process time due to moisture content and dry and organic matter reductions resulting from the biodegradation process. Consequently, the differences among the different treatments (initial compression loads) on accumulated oxygen uptake and CO2 production were not significant. MC decreased in FW experiments due to the heat generated in the high-rate aerobic decomposition. In contrast, MC slightly increased in ADS experiments where lower temperatures were reached. Finally, permeability decreased with process time in all ADS experiments and the un-compacted FW experiments. This could be consequence of particle size reduction and matrix settling occurring due to the biodegradation of organic matter. However, permeability increased in the compacted FW experiments where changes in total volume were lower. On the other hand, mixtures presented higher biological activity when combining the lowest bulk density (maximum air filled porosity) and moisture content near saturation.
The results of this work provide a better understanding of the interrelationship of physical properties with biodegradation and composting performance, and thus a basis for further improvement of process management and design.



Copyright: © European Compost Network ECN e.V.
Quelle: Orbit 2008 (Oktober 2008)
Seiten: 11
Preis inkl. MwSt.: € 9,50
Autor: Teresa Gea
Tom L. Richard

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