Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких как отходы животноводства и растениеводства, сырой активный ил и нечистоты. В естественных условиях процесс биодеградации протекает медленно, на поверхности земли, при температуре окружающей среды и, преимущественно, в анаэробных условиях. Компостирование – это способ ускорения естественной деградации в контролируемых условиях. Правильно приготовленный компост – это основа, залог будущего урожая. Существует хорошо отработанные и проверенные общие принципы приготовления компоста.
Теоретические основы процесса компостирования
Процесс компостирования представляет собой сложное взаимодействие между органическими отходами, микроорганизмами, влагой и кислородом. В отходах обычно существует своя эндогенная смешанная микрофлора. Микробная активность возрастает, когда содержание влаги и концентрация кислорода достигают необходимого уровня. Кроме кислорода и воды микроорганизмам для роста и размножения необходимы источники углерода, азота, фосфора, калия и определенных микроэлементов. Эти потребности часто удовлетворяются веществами, содержащимися в отходах.
Потребляя органические отходы как пищевой субстрат, микроорганизмы размножаются и продуцируют воду, диоксид углерода, органические соединения и энергию. Часть энергии, получающейся при биологическом окислении углерода, расходуется в метаболических процессах, остальная – выделяется в виде тепла.
Компост как конечный продукт компостирования содержит наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу мертвых микроорганизмов, некоторое количество живых микробов и продукты химического взаимодействия этих компонентов.
Стадии компостирования
Компостирование представляет собой динамический процесс, протекающий благодаря активности сообщества живых организмов различных групп.
Компостирование – комплексный, многостадийный процесс. Каждая его стадия характеризуется различными консорциумами организмов.
Фазы компостирования состоят из (рисунок 1):
Стадии компостирования в разрезе отношения живых организмов к температуре субстрата
|
Стадия компостирования |
t 0C |
Преобладающие группы микроорганизмов |
Субстрат |
Уровень рН |
Краткая характеристика |
|
лаг-стадия |
0-30 |
Психрофилы
|
простые сахара и углеводы
|
6-7 |
Начинается сразу после внесения свежих отходов в компостную кучу. В течение этой фазы микроорганизмы адаптируются к типу отходов и условиям обитания в компостной куче. Распад отходов начинается уже на этой стадии, но общая численность популяции микробов еще невелика. |
|
мезофильная |
30-57 |
Мезофиллы
|
простые сахара и углеводы
целлюлоза, гемицеллюлоза и белки |
5,5-6 |
На протяжении этой фазы процесс распада субстратов усиливается. Численность микробной популяции возрастает. После потребления доступного субстрата микробы выделяют комплекс органических кислот, которые служат источником пищи для других микроорганизмов. Однако не все образовавшиеся органические кислоты поглощаются, что ведет к их избыточному накоплению и, как результат, к понижению рН среды. рН служит индикатором окончания второй стадии компостирования. Но это явление временное, поскольку избыток кислот ведет к гибели микроорганизмов. |
|
термофильная |
57-65 |
термофилы |
белки, жиры и сложные углеводы (целлюлоза и гемицеллюлоза и т.д.) |
5,5-6,5 |
В результате микробного роста и метаболизма происходит повышение температуры. Когда температура повышается до 40 0С и выше, мезофильные микроорганизмы замещаются – теромофилами. При достижении температуры 55 0С большинство патогенов человека и растений погибает. Но если температура превысит 65 0С, погибнут и аэробные термофилы компостной кучи. Благодаря высокой температуре происходит ускоренный распад белков, жиров и сложных углеводов типа целлюлозы и гемицеллюлозы – основных структурных компонентов растений. В результате исчерпания пищевых ресурсов обменные процессы идут на убыль, и температура постепенно снижается. |
|
стадия созревания |
56 - t окр. среды |
мезофилы |
Полуразложившееся и разложившееся органические вещества |
7,5 |
Вследствие падения температуры до мезофильного диапазона в компостной куче начинают доминировать мезофильные микроорганизмы. Температура является наилучшим индикатором наступления стадии созревания. В данной фазе оставшиеся органические вещества образуют комплексы. Этот комплекс органических веществ устойчив к дальнейшему разложению и называется гуминовыми кислотами или гумусом. |