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.