научная статья по теме ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА КОМПОСТИРОВАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ (ОБЗОР) Химия

Текст научной статьи на тему «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА КОМПОСТИРОВАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ (ОБЗОР)»

ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2008, том 44, № 1, с. 9-23

УДК 573.6

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА КОМПОСТИРОВАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ (ОБЗОР)

© 2008 г. А. Д. Неклюдов, Г. Н. Федотов, А. Н. Иванкин

Московский государственный университет леса, 141001 г. Мытищи Московская область

e-mail: aivankin@mgul.ac.ru Поступила в редакцию 19.01.2006 г.

Обзор посвящен микробиологическим и биотехнологическим особенностям интенсификации процессов аэробной переработки органических отходов с целью выявления взаимосвязи между качеством получаемых компостов и микроорганизмами, принимающими участие в компостировании, а также с физико-химическими показателями и потребительскими свойствами получаемых продуктов.

Компостирование - процесс переработки органических отходов под действием аэробных микроорганизмов включает в себя 3 основных стадии -мезофильную, термофильную и стадию охлаждения, или стабилизации компоста [1-5].

Эффективность стадий компостирования зависит от многих параметров - аэрации, температуры, содержания влаги в компосте, рН процесса компостирования, состава компостируемой смеси, но прежде всего от активности и вида микроорганизмов, принимающих участие в этом процессе.

Несмотря на многочисленные публикации, посвященные процессу компостирования, большинство из них являются рекламными и не вскрывают те сложные закономерности, которые имеют место при поведении процесса аэробного компостирования.

Цель публикации - анализ данных литературы, опубликованных за последние 15-20 лет для выявления взаимосвязи между качеством получаемых компостов и микроорганизмами, принимающими участие в компостировании и другими показателями этого сложного биохимического процесса.

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА КОМПОСТА

Основные показатели качества компоста и некоторые закономерности, наблюдающиеся при компостировании, которые следует учитывать при проведении процесса, приведены ниже и в табл. 1 [1, 2, 4, 6]:

• общий вид компоста;

• окраска компоста;

• влажность компоста;

• отношение углерода к азоту (С : К);

• степень стабильности компоста;

• запах;

• количество патогенных микроорганизмов и тяжелых металлов по сравнению с некомпости-рованной биомассой;

• содержание органических веществ в компосте;

• размер частиц компоста;

• процентное содержание солей;

• содержание питательных компонентов в компосте;

• содержание микроэлементов в компосте.

Получение "идеального" компоста на практике удается за редким исключением, хотя многие компосты удовлетворяют целому ряду показателей из перечисленных требований.

Физико-химические показатели зрелых компостов существенно отличаются. Наиболее важ-

Таблица 1. Оптимальные параметры компостов

Основные показатели компостируемых отходов

Соотношение С : N

Содержание воды в компостируемой смеси

Температура компостирования на термофильной стадии

Значение рН

Количество наполнителя

Содержание органических веществ в компостируемой смеси

Размер частиц

Оптимальная количественная характеристика компостируемых органических отходов

20-40 40-60

Минимум. 55-60°С, свыше 3-4 сут

5.0-8.0 Более 15 об %

Не менее 40-60%

1 см при принудительном аэрировании;

5-10 см при естественном или пассивном аэрировании

ными являются рН 7.5-7.8, влажность 55-65%, количество сухих веществ 35-45%, содержание в сухом веществе (%): золы - 15-25, общего азота -

2-3, азота аммонийного (в пересчете на КИ+) -

1.5-1.8, азота нитратного (в пересчете на N0-) - 1-2, углерода органического 50-55, фосфора (в пересчете на Р205) - общего 2.5-3, свободного 0.4-0.5, калия (в пересчете на К20) - общего 1-1.2, свободного - 0.8-1, соотношение С : N - 20-30. Содержание микроэлементов (мг/кг): Си - 3-3.6, Zn - 40-50, Со - 0.05-0.1, Мп - 40-45, Бе - 100.

При получении компоста, пусть даже частично соответствующего вышеуказанным требованиям, в ходе процесса компостирования были выявлены следующие закономерности [7]:

1) для эффективного компостирования требуется поддерживать нейтральное значение рН компостируемой смеси и адекватное обеспечение её 02;

2) нет никакой разницы в скорости компостирования при комнатной температуре 20°С и при температуре 37-40°С;

3) количество доминантных микроорганизмов в компосте зависит от состава компостируемых отходов;

4) наличия одного вида отходов в компосте не хватает, чтобы получить компост высокого качества;

5) использование, например, одних опилок в компосте в качестве наполнителя и дополнительного источника углерода оказывает недостаточное влияние на качество компоста и дезодорирующее действие при проведении процесса компостирования;

6) целесообразно в перерабатываемые отходы добавлять целлюлозные компоненты - опилки и отходы бумаги, которые, кроме дезодорирующего эффекта, стабилизируют структуру компоста и увеличивают в нем количество органического углерода.

При учёте всех этих закономерностей удаётся получить компост удовлетворительного качества, хотя следует отметить, что не существует универсального компоста, одинаково подходящего для всех видов растений и почв. В связи с этим при выборе компоста для улучшения качества почвы следует знать не только состав компоста, но и состояние самой почвы.

Например, для рециклизации почвы может быть использована смесь, состоящая из готового компоста растений, биокомпоста и (или) компоста из отходов домашнего хозяйства и минерального компоста, состоящего из песка, грунтового материала, измельченного щебня, гравия и кирпичной крошки. Смесь может включать в себя пульпу от производства бумаги или целлюлозы, обычную бумагу, а также отходы хлопчатника или текстильной промышленности [8].

Для нормального роста и развития растений необходимо предусмотреть в компостируемых смесях наличие микроэлементов [9]. Причём избыток микроэлементов может ухудшить качество компоста и в этом случае их необходимо удалять, например за счёт добавления активированного угля [10].

Химический состав и изучение процесса компостирования из отходов домашнего хозяйства. Процесс осуществляли следующим образом: отходы домашнего хозяйства были собраны в две кучи, одна из которых состояла из одних отходов домашнего хозяйства, другая - из смеси отходов домашнего хозяйства и растительных отходов в соотношении 1:1 (масс). Значение рН во время компостирования увеличивалось от 5.0 до 8.3 и содержание золы от 30 до 61% после компостирования в течение 6 мес. Содержание жирных кислот составляло 8.9% до компостирования и 2.95% - после 1 мес компостирования. Содержание натрия и других химических элементов в компосте, состоящем из одних органических отходов, было относительно высоким и составляло 0.4-0.6%, считая на сухой вес. Наиболее высокая температура во время компостирования поднималась до 68-70°С. Спустя 3 мес после начала компостирования температура внутри компоста снижалась до температуры окружающей среды. Количество тяжелых металлов в полученном компосте было существенно ниже ПДК, за исключением свинца, которого содержалось около 100 мг/кг в компосте, состоящем из одних отходов домашнего хозяйства. Общие потери газообразного азота составляли при компостировании одних отходов домашнего хозяйства 50-52 и 26.2% при компостировании смеси отходов домашнего хозяйства и остатков растений [11].

Применение подобных компостов на 20-30% увеличивало урожайность многих сельскохозяйственных культур [9, 12-16].

ОСНОВНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В КОМПОСТИРОВАНИИ

Получение компостов невозможно без участия в этом процессе самых разнообразных микроорганизмов, как бактерий, так и грибов, растущих в ме-зофильных или термофильных условиях. Все это сообщество микроорганизмов определяется прежде всего составом и соотношением компонентов, подвергающихся биоразложению. В связи с этим многие примеры, характеризующие те или иные микроорганизмы, будут приведены вместе с описанием тех компонентов, которые подвергаются компостированию.

В настоящее время идентифицированы многие сообщества бактерий, участвующие в аэробной переработке органических отходов (табл. 2). Наи-

Таблица 2. Основные микроорганизмы, участвующие в аэробном компостировании

Вид отхода Микроорганизм Источник

Навоз или илистый осадок Bacillus badius, Cellulomonas [17]

сточных вод

Смесь лигноцеллюлозы и Bacillus schlegeli [18]

навоза

Бытовые органические Штамм Bacillus licheniformis NH1 [20]

отходы

Рисовые отруби или отходы Hunsenula, Aspergillus, Rhizopus, Mucor, Chlorella [23]

картофеля

Бытовые органические Штамм Bacillus sp. 0YK-01-600 [25, 38, 74]

отходы Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Myriodontium, Pleurotus [34]

Городские отходы Faenia rectivirgula, Saccharomonospora viridis, Streptomyces thermoviola-ceus, Termoactinomyces thalophilus, T. vulgaris, Thermomonospora curvata [26]

Органические отходы Protobacteria [27]

Измельченные отходы Cellulomonas sp. [30, 39]

бумаги

Цитрусовые отходы Bacillus licheniformus, B. macerans, B. stearothermophillus, Absidia corymbi-fera, Aspergillus fumigatus, Emericella nidulans, Penicillium diversum, Rhizo-mucor pusillis, Talaromyces thermophilus, Termomyces lanuginosus, B. licheniformis, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, P. fluorescens, P. luteola, Serratia marcescens, Aspergillus puniceus, A. ustus, Paecilomyces li-lacinus, Coprinus lagopus [32]

Пшеничная солома Pleurotus sajor-caju, Trichoderma harzianum, Aspergillus niger, Azotobacter chroococcum [33]

или с добавлением опилок в Salmonella [35]

очистных сооружениях и

сточных водах

Лигнинсодержащие отходы Trametes villosus [37]

лиственницы и осины

Пищевые отходы и отходы Штаммы Bacillus sp. KHR-10, Cellulomonas sp. KHR-15-MX [68]

от производства напитков

Мусор Penicillium, Bacillus, Termoactinomyces, Streptomyces [70]

Стерилизованные отходы Bacillus stearothermophilus [71, 72]

домашнего хозяйства

Незрелый травяной Trichoderma viridae, Bacillus sp. [81]

компост

большая эффективность переработки достигается при совместной работе смесей разнообразных бактерий с высокой протеазной или целлюлазной активностью. Конкретные примеры таких бактерий и их участия в сложном, многостадийн

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»