Компостирование

методы компостирования отходов

Использование биологических агентов для получения необходимых человеку продуктов — биотехнология — в центре внимания современной биологии, и, пожалуй, нет сейчас такой области биологической науки, которая не могла бы внести свой вклад в ее развитие. Этим своим положением биотехнология обязана прежде всего той роли, которую она во всевозрастающей степени играет в решении крупных задач народного хозяйства и медицины. В наш век, в условиях урбанизации и интенсификации потребления растительных ресурсов, одной из таких задач становится рациональное использование органических отходов как городского хозяйства (городской мусор, сточные воды), так и сельского (особенно навоз крупных свиноферм), ежегодные количества которых весьма внушительны.

Обезвреживание и утилизация этих отходов важны и с точки зрения такой остро стоящей ныне проблемы, как охрана окружающей среды.

Компостирование органических отходов основано на использовании совокупной деятельности различных групп микроорганизмов и беспозвоночных животных.

Фазы компостирования

В процессе компостирования микроорганизмы разлагают органические вещества и вырабатывают двуокись углерода, воду, тепло и гумус, который представляет собой стабильный органический конечный продукт. При оптимальных условиях процесс компостирования проходит через три фазы:

1) мезофильную, или фазу со средней температурой, которая длится несколько дней
2) термофильную, фазу с высокой температурой, которая длится от нескольких дней до нескольких месяцев
3) фаза остывания длится несколько месяцев, во время которой компост дозревает

Каждой из этих фаз свойственны свои сообщества микроорганизмов. В процессе начального разложения участвуют мезофильные микроорганизмы, которые очень быстро разлагают быстро растворимые компоненты. Тепло, которое они производят во время этого процесса, заставляет компост сильно нагреваться.

Когда температура достигает 40 градусов по Цельсию, мезофильные микроорганизмы приостанавливают свою деятельность и уступают место термофильным, теплолюбивым микроорганизмам. При температуре 55 градусов и выше большинство микроорганизмов, которые представляют собой опасность для здоровья человека и растений (патогенных микроорганизмов), погибают. Поскольку температура выше 65 градусов убивает большинство форм микробов и приостанавливает процесс разложения, используется аэрация и перемешивание, для того чтобы удерживать температуру компоста ниже этой черты.

На протяжении термофильной фазы, высокие температуры ускоряют разложение протеинов, жиров и комплексных углеродных соединений, таких как целлюлоза и гемицеллюлоза, основа молекулярной структуры растений. Когда поставка этих компонентов (компонентов с высокой энергией) прекращается, температура компоста падает, и мезофильные микроорганизмы возобновляют свою деятельность в финальной фазе, фазе вызревания оставшегося органического вещества.

Бактерии

Бактерии являются самыми маленькими и наиболее многочисленными организмами в компосте, они составляют от 80 до 90% из биллионов микроорганизмов, обычно обитающих в одном грамме компоста. Бактерии отвечают за разложение подавляющего большинства органических веществ и за повышение температуры в компосте. Эта группа микроорганизмов питается широким спектром веществ, используя при этом ферменты, чтобы химически разложить множество различных органических веществ.

Бактерии являются одноклеточными организмами, а разнообразие их форм поистине впечатляет. Многие из них имеют части тела, с помощью которых они могут самостоятельно передвигаться. В начале процесса компостирования (0-40 град.) доминируют мезофильные бактерии. Большинство из них можно обнаружить в верхних слоях почвы.

Когда компост нагревается до 40 градусов по Цельсию, начинают действовать термофилы. В сообществе бактерий в этой фазе доминируют представители рода бацилл. Разнообразие представителей рода бацилл очень высоко при температуре 50-55 градусов, хотя резко уменьшается при температуре 60 и выше. Когда окружающие условия становятся непригодными для жизни, бациллы формируют эндоспоры, споры с толстыми стенками способными выдерживать низкие и высокие температуры и широкий диапазон влажности, а также отсутствие пищи. В природе они практически вездесущи и возобновляют свою деятельность, когда условия позволяют это сделать.

При самых высоких температурах в процессе компостирования бактерии рода Thermus остаются живыми. Можно только удивляться как эволюционировавшие микроорганизмы способны выдерживать такие высокие температуры. Впервые бактерии рода Thermus были найдены в горячих источниках в национальном заповеднике Еллоустоун и, вполне возможно, эволюционировали они именно там. Глубокие морские горячие источники, хранилища навоза, большие скопления органических отходов с условиями необходимыми для развития достаточной температуры, все это места обитания этого рода бактерий.

Когда компост охлаждается, доминируют мезофильные бактерии. Количество и разнообразие видов мезофильных бактерий зависит от того, какие споры и организмы присутствуют в компосте и в окружающей среде на данный момент. Обычно чем длиннее процесс созревания компоста, тем большее количество видов будет участвовать в этом процессе.

Актиномицеты и грибки

Актиномицеты

Источником характерного запаха земли являются актиномицеты, организмы, которые напоминают грибки, но на самом деле являющиеся нитевидными бактериями. Подобно другим бактериям, они испытывают недостаток в ядрах, но они выращивают многоклеточные волокна подобно грибкам. В процессе компостирования они играют важную роль, разлагая комплексные органические вещества, такие как целлюлоза, лигнин, хитин и протеины. Ферменты, вырабатываемые ими, позволяют химически разлагать твердые органические вещества, такие как опилки, кору или газетную бумагу. Некоторые разновидности проявляют себя во время термофильной фазы, другие важны в фазе охлаждения и созревания, когда остаются наиболее сложные органические вещества в последней стадии формировании гумуса.

Актиномицеты формируют длинные нитевидные волокна, которые выглядят как паутина пронизывающая всю компостную кучу. Эти волокна можно увидеть к концу процесса компостирования в поверхностном 10-15 сантиметровом слое компостной кучи. Иногда они появляются в виде округлых колоний, постепенно увеличивающихся в диаметре.

Грибки

Грибки включают в себя гнилостные грибки и дрожжи. Совместно они отвечают за разложение многих комплексных растительных полимеров в почве и в компосте. В компосте, грибки важны, поскольку они разлагают сложные органические вещества, позволяя бактериям закончить процесс разложения, когда большая часть целлюлозы уже ферментирована. Они энергично размножаются, производя множество клеток и волокон, кроме того, они могут разлагать вещества, которые слишком сухи, ядовиты или имеют слишком низкое содержание азота для того, чтобы их разлагали бактерии.

Большая часть грибков классифицируется как сапрофиты, поскольку они живут на мертвой или погибающей органике, и получают энергию, разлагая органический материал мертвых животных и растений. Виды грибков очень многочисленны во всех фазах компостирования как в мезофильной так и в термофильной. Когда температура достаточно высока, большинство грибков живут в поверхностных слоях компостной кучи, когда она опускается, грибки проникают глубже.

Простейшие и коловратка

Простейшие

Простейшие являются одноклеточными микроскопическими организмами. Их можно найти в воде стекающей из компостной кучи, но они не играют практически никакой роли в разложении органики. Простейшие находят пищу в органических веществах, но, помимо этого, являются потребителями второго звена, поедая бактерии и грибки.

Коловратка

Микроскопический многоклеточный организм, который тоже можно найти в стоках компостной кучи. Они кормятся на органике и питаются бактериями и грибками.

Технология компостирования

Для компостирования отходы закладываются в бурты, где создается благоприятный для полезных организмов режим температуры и влажности. Чем труднее разлагается компостируемый субстрат или чем быстрее он слеживается по мере разложения, тем больше должно быть отношение соприкасающейся с открытым воздухом поверхности бурта с его объемом. Приняты обычно бурты размером около 3 метров в ширину и около 1,5 метра в высоту (длина зависит от размеров доступной для компостирования площади и количества вещества).

Навоз, отстой канализационных вод, городской органический мусор, навозная жижа и т. п. — все это быстро разлагающиеся субстраты, а добавляемые к ним медленно разлагающиеся вещества (торф, измельченная кора — отход деревообрабатывающей или целлюлозной промышленности и т. п.) служат адсорбентами первичных и вторичных продуктов разложения. Иногда в качестве адсорбента к компосту добавляют почву. Для поддержания требуемого режима компостирования бурты время от времени ворошат (для аэрации), иногда прогоняют через них воздух, а для увлажнения поливают водой или навозной жижей.

В процессе компостирования в буртах сперва происходит разрушение легко усваиваемых соединений — сахаров, полисахаридов, затем белков и гемицеллюлоз, медленнее всего разлагаются лигнин, дубильные вещества и т. п. Разложение сопровождается синтезом комплекса гумусовых соединений. В результате масса органического вещества уменьшается, компост обогащается азотом, гумусом, возрастает его зольность. Меняется и структура органических осадков: они размельчаются, и из них, в основном в результате деятельности беспозвоночных, образуются зернистые агрегаты.

В начале компостирования при окислении микроорганизмами легко доступного углерода внутри бурта в течение нескольких дней быстро возрастает температура (например, в буртах из городских отбросов — до 70 градусов Цельсия), которая затем, по мере использования соединений, легко усваиваемых микрофлорой, постепенно снижается. В это время деятельность животных внутри бурта исключена — там происходит естественная пастеризация субстрата; беспозвоночные могут заселять только самый поверхностный слой компоста.

На первых этапах компостирования в бурты проникают мелкие беспозвоночные, для которых исходный перерабатываемый материал представляет подходящую среду обитания. Это способные к полету насекомые, в основном двукрылые и жуки, переносимые ими нематоды или клещи и др. По мере понижения температуры внутри бурта до 20—25 градусов в него проникают многие мелкие членистоногие (панцирные клещи и коллемболы), мелкие кольчатые черви — энхитреиды и более крупные дожлевые навозные черви эйсения фетида. Эти черви месяца через два изрешечивают своими ходами весь бурт до самого основания, способствуя проникновению по ним мелких форм. При весенней закладке компостов осенью в них появляются и типично почвенные сапрофаги. Их деятельность завершает «созревание» компоста, основным компонентом которого становятся экскременты беспозвоночных.

Особое значение в переработке компостов имеют навозные дождевые черви эйсения фетида. Этот вид распространен в наших южных широколиственных лесах, где он развивается в гниющей древесине или в скоплениях опавших листьев. Однако, следуя за человеком, он становится обычным в разных скоплениях гниющих растительных остатков антропогенного характера. В естественно разлагающемся навозе и в компостах численность этого червя может достигать огромных масштабов: около 3000 червей на 1 квадратный метр бурта, до 6500 в слое 10 сантиметров. Биомасса этих червей при 500 особях в 1 литре компоета достигает 68 килограммов на 1 квадратный метр субстрата; все вещество компоста проходит через их кишечник, так что в конце компостирования органические остатки приобретают зернистую структуру и состоят из копролитов — экскрементов червей.

По расчетам О. Граффа в ФРГ, разложение компостируемых веществ и «созревание» компоста (переход в состояние, оптимальное для удобрения) совершаются при заселении червями в 14 раз быстрее, чем без них. Черви эйсения фетида способны к переработке и превращению в хорошее удобрение таких органических отбросов, как анаэробный ил канализационных вод, свиная навозная жижа и т. д. Такие отбросы в результате их переработки этими червями утрачивают дурной запах, освобождаются от вредной микрофлоры, приобретают агрономически ценную зернистую структуру, утрачивают токсичность для корней растений.

В США несколько компаний занимаются выращиванием и коммерческой реализацией дождевых червей и продажей их экскрементов, представляющих собой ценное органическое удобрение. Осадок сточных вод (после аэробной либо анаэробной ферментации) высушивают, а затем брикетируют, складывают штабелями, заселяют дождевыми червями (1500 граммов на 0,125 кубометра осадка) и выдерживают при 30—35—процентной влажности в течение четырех месяцев. В Калифорнии количество осадка, потребляемого за сутки червями, равно 40 процентам их веса.

По окончании «работы» червей всю массу компоста пропускают через цилиндрическое вращающееся сито.

Большая часть остающихся в роторе червей скапливается в одном его конце, их употребляют для заселения следующих партий компоста, а прошедшие сито копролиты представляют коммерчески ценное удобрение без неприятного запаха, не самонагревающееся при хранении, не токсичное для растений.

Предприятие в Каламазу (штат Мичиган) пропагандирует для сельских местностей компостирование кухонных отбросов с помощью дождевых червей в кустарных условиях — в ящиках, ведрах и т. п.

В Финляндии разработана схема компостирования осадка сточных вод в смеси с отходами коры, получаемыми на деревообрабатывающих и целлюлозных предприятиях.

На Филиппинах организован центр по «вермикультуре», то есть по разведению дождевых червей, который объединяет свыше 1000 предпринимателей, выращивающих этих червей не только как производителей компостного удобрения, но и как источник белков и жира (55 процентов белка и 13 процентов жира от сухой массы червей) для использования в рыбном хозяйстве, в качестве заменителя рыбной муки в животноводстве.

Совершенно ясно, что наступило время широко использовать «вермикомпостирование» в практике переработки органических отходов.

Содержание

1.Методы компостирования отходов 3

2.Фазы компостирования 3

3.Бактерии 4

4.Актиномицеты 6

5.Грибки 6

6.Простейшие 7

7.Технология компостирования 8

8.Литература 9

Литература

1.Минеев В.Г. Агрохимия и биосфера. М.: Колос, 1984г.Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985г.

2.Розанов А.Б.. Розанов Б.Г. Экологические последствия антропогенных изменений почв. М.: ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Сер. Почвоведение и агрохимия, 1990г. Т.7.

3.Ю.В. Новиков «Экология, окружающая среда и человек», М. 1998 год.

13