Органические удобрения

Органические удобрения — навоз, городские отходы, компосты и др. способствуют интенсификации микробиологических процессов, поскольку они являются источником энергии и элементов питания микроорганизмов.

шшши Навоз. Содержание органического вещества в навозе составляет 20—25%; количество питательных для растений веществ ограничивается долями процента (0,5% азота, 0,2% Р205, 0,6% К20) и около 75% воды. Органическая часть навоза в расчете на беззольную сухую массу содержит до 40% перегнойных соединений, около 30% целлюлозы и лигниноподобных веществ.

При переводе животноводства на промышленную основу в хозяйствах получают «жидкий навоз». Содержание воды в нем достигает 90—98%. Однако фракция сухих веществ такого навоза по составу близка к обычному.

Д. Н. Прянишников различал четыре способа хранения навоза: под скотом; нерегулированнос хранение на гноище; приготовление «холодного» навоза немедленным уплотнением в навозохранилище и изготовление «горячего» навоза при временной рыхлой укладке с последующим уплотнением.

При хранении навоза под скотом формируется удобрение высокого качества. Однако антисанитарные условия, возникающие при таком способе хранения, заставляют отказываться от его применения.

При нерегулируемом хранении навоз вывозят и сваливают на гноище. В зависимости от условий хранения он может получаться удовлетворительного или низкого качества. Уплотнение навоза, защита его от дождя, предупреждение стока жидкости — все это условия получения навоза с хорошими удобрительными свойствами.

Холодным способом навоз готовят в специальных навозохранилищах с бетонированными дном и стенами. В навозохранилищах должен быть колодец для сбора стекающей на дно навозной жижи. Завезенный в хранилище навоз сразу же уплотняют, а по заполнении помещения изолируют его поверхность от воздуха. Брожение такого навоза протекает медленно, и температура не поднимается выше 30—40 °С.

При горячем способе приготовления навоз держат в хранилище некоторое время в виде рыхлой массы, без уплотнения, примерно метровым слоем. Через два—четыре дня, когда температура массы поднимается до 60—70 °С, се уплотняют и укладывают сверху второй слой навоза, который разогревается, а нижний уплотненный слой постепенно охлаждается и т. д.

Описанный способ приготовления навоза вызывает значительные потери питательных для растений веществ, и прежде всего — соединений азота. Раньше предполагали, что при горячем способе погибают семена сорняков. Это считалось преимуществом способа. Однако в специальных опытах указанное предположение не подтвердилось. В связи с этим в последнее время горячий способ приготовления навоза считают нерациональным.

Динамика температуры при горячем и холодном способах приготовления навоза показана на рисунке 64. Интенсивность разогревания зависит не только от доступа воздуха, но и от состава навоза. Существенно влияние на разогревание навоза и количества находящейся в нем подстилки. Чем больше соломы, тем сильнее навоз разогревается. Солома обеспечивает более рыхлую укладку навоза, лучшую аэрацию его массы и развитие аэробных микробиологических процессов, выделяющих много тепла.

В свежем навозе размножается огромная масса разнообразных микроорганизмов. В зависимости от условий хранения навоза их развитие имеет специфику. В таблице 11 приведены данные о раз-

Температура навоза, созревающего в разных условиях

Рис. 64. Температура навоза, созревающего в разных условиях: / — при горячем способе хранения;

2 — при холодном способе хранения

витии сапротрофных мезофильных микроорганизмов при хранении смешанного навоза холодным способом. Они показывают, что главную роль в созревании холодного навоза играют неспорообразующие бактерии, а численность бацилл и актиномицетов здесь невелика. В свежем навозе первоначально более половины микроорганизмов составляют кокковидные бактерии, число которых постепенно уменьшается. Большинство из них являются аммонификаторами, начинающими гнилостный процесс.

В навозе довольно много бактерий рода Pseudomonas, представителей группы кишечной палочки и других неспорообразуюших палочковидных аммонификаторов. Некоторые из них могут вызывать денитрификацию. В навозе присутствуют и гнилостные споро- образуюшие бактерии — Bacillus subtilis, В. mesentericus, В. megateri- ит, В. mycoides и т. д., но при холодном способе приготовления эти виды размножаются слабо.

Таблица 11

Динамика численности микроорганизмов

при созревании холодного навоза, млн на 1 г навоза (по: В. Н. Былинкина)

Группа

микроорганизмов

Исходный

материал

Период от момента закладки навоза

дней

месяцев

15

1

2

4

Нс образующие спор бактерии

960

2600

1800

140

130

Бациллы

6

15

20

7

6

Актином и цеты

1

1,6

1,8

0,9

1,5

Многие аммонифицирующие бактерии навоза могут вызывать распад мочевины. Общее число подобных форм микроорганизмов достигает 200—300 млн на 1 г навоза. Грибы существенного значения в созревании холодного навоза не имеют, так как для их развития нужен обильный доступ воздуха.

Многочисленна в навозе группа аэробных микроорганизмов, разлагающих целлюлозу. Среди них много представителей Cytopha- ga, несколько беднее представлен род Cellvibrio и др. Обнаружены также анаэробные разрушители целлюлозы (Clostridium omelianskii). В холодном навозе можно встретить термофильную целлюлозоразлагающую бактерию Clostridium thermocellum. Но в целом группа термофильных и термотолерантных бактерий в холодном навозе немногочисленна и не превышает 1 — 1,5 млн на 1 г массы.

В навозе встречаются нитрификаторы, проявляющие активность только в самом поверхностном его слое, куда проникает необходимый им кислород. Помимо окисления аммиака, некоторые из этих микроорганизмов разлагают в навозе пуриновые основания.

Иначе развивается процесс при горячем способе созревания навоза. В первый период созревания в рыхло сложенной массе бурно развиваются разнообразные мезофильные микроорганизмы — аэробные неспороносные бактерии, грибы и частично актином и цс- ты. Через несколько дней, когда температура навоза поднимется до 60—70 °С, его уплотняют.

В результате подъема температуры и удаления из навоза воздуха большая часть мезофильной микрофлоры отмирает. Некоторая часть актином и цетов и неспорообразующих бактерий переносит повышенную температуру в анабиотическом состоянии. Активно размножаться в разогревшемся навозе могут лишь термофильные и термотолерантные актиномицеты и бактерии. Последние представлены в основном спорообразующими формами (Bacillus subtilis, В. mesentericus). Целлюлозу в горячем компосте разлагает термофильная бактерия Clostridium thermocellum.

Абсолютная численность термофильных микроорганизмов в навозе даже в период разогревания не бывает высокой. Это можно объяснить тем, что хотя эти микроорганизмы быстро размножаются, индивидуальная жизнь их коротка. Обмен веществ в клетке термофилов идет очень интенсивно, что приводит к сильному разогреванию субстрата, в котором они размножаются. Динамика численности микроорганизмов в горячем навозе приведена в таблице 12.

Степень повышения температуры навоза зависит не только от доступа кислорода, но и от состава навоза. Например, при окислении содержащих азот органических веществ выделяется больше тепла, чем при распаде углеводов. Поэтому конский навоз, в котором больше веществ, содержащих азот, разогревается сильнее, чем навоз крупного рогатого скота. Данные Д. Н. Прянишникова, характеризующие энергию разогревания навоза, приведены в таблице 13. Если, например, для парникового хозяйства нужно получить более равномерное и продолжительное разогревание почвы, то пользуются смесью навоза разных животных.

Рассмотрим характер изменений основных компонентов навоза при его созревании. До 40% азота находится в навозе в виде гиппуровой и мочевой кислот, но большая часть — в виде мочевины. Последняя легко гидролизуется уробактериями и многими сап- ротрофными бактериями. При этом образуется углекислый аммоний, который легко диссоциирует на NH3 и С02.

Таблица 12

Динамика численности микроорганизмов

при созревании холодного навоза, млн на 1 г навоза

(по: В. Н. Былинкина)

Группа

микроорганизмов

Исходный

материал

Период с момента закладка- температура навоза

2 дня; 30 °С

5 дней; 60 °С

6 дней; около 50 °С

2 месяца; 20 °С

3,5 месяца; 17 °С

Бактерии (общее число)

450

610

15

16

17

19

Термофильные

бактерии

0,03

2,0

5,0

4,0

0,3

0,2

Споры

1.8

1,7

1,9

3,1

9,3

8,5

Актином ицеты:

мезофильныс

2,9

23,4

0,5

0,5

0,6

0,6

термофильные

0,2

0,6

0,6

3,3

1,8

1,3

Таблица 13

Динамика температуры в разогревающемся навозе, ЭС

Навоз

Срок с момента закладки, дни

3

4

5

12

16

20

24

28

32

36

Конский

5

50

75

55

25

24

22

20

18

17

Овечий

5

35

50

65

40

20

18

18

17

16

Крупного

рогатого

скота

5

15

25

35

42

40

30

20

10

10

Если атмосфера насыщена диоксидом углерода, то диссоциация карбоната аммония не происходит. Это способствует сохранению аммиака, так как после диссоциации он улетучивается из навоза. Таким образом, при рыхлом состоянии навоза потери азота сильно возрастают. Плотная укладка навоза способствует насыщению всей его массы С02, который образуется бактериями при разложении разных углеродсодержащих веществ.

При повышенной температуре распад мочевины и карбоната аммония усиливается, поэтому при горячем способе приготовления навоза потеря азота возрастает до 30%. Правильное приготовление навоза холодным способом резко снижает потери азота. Если вместо соломенной подстилки применяют торфяную, хорошо поглощающую аммиак, то потери снижаются до нескольких процентов.

В аммиак постепенно превращаются и другие содержащие азот соединения — гиппуровая и мочевая кислоты, а также белковые вещества. Все указанные соединения подвергаются микробиологическим трансформациям в начальный период созревания навоза. В аэробных условиях азот в навозе частично теряется вследствие нитрификации. Если аммиак окисляется до азотной кислоты, то она вымывается из поверхностных слоев навоза в более глубокие и там подвергается восстановлению денитрифицирующими бактериями. Нитриты, образующиеся при нитрификации, также могут реагировать с аминокислотами, и при этом выделяется свободный азот. Для уменьшения потерь азота в навоз рекомендуется вносить гипс, который, реагируя с аммиаком, дает нелетучий сульфат аммония.

Убыль сухого вещества при созревании горячего навоза достигает 40%, а холодного — 20—25%. При этом основные потери определяются разложением углсродсодсржаших соединений. Распаду подвергаются пентозаны, пектиновые вещества, целлюлоза и другие соединения. Пентозаны и пектиновые вещества сбраживаются легче, чем целлюлоза и особенно лигнин. В процессе приготовления навоза соотношение С : N постепенно сужается.

Значительная часть растительных остатков и других компонентов навоза во время его созревания подвергается гумификации. Гумусовые соединения медленно минерализуются, вследствие чего азот (частично и фосфор) действует нс только в первый год после внесения навоза, но и, в последующие по крайней мере два года.

Перевод животноводства на промышленную основу связан с применением бесподстилочного метода уборки экскрементов. Последние удаляют механическими или гидравлическими средствами, иногда самотеком. Жидкий навоз собирают в карантинные навозохранилища, при необходимости обезвреживают химическими средствами, затем перекачивают в основные навозохранилища.

Накопление нитратов в почве в зависимости от внесения удобрений с разным соотношением С

Рис. 65. Накопление нитратов в почве в зависимости от внесения удобрений с разным соотношением С : N:

/ — зеленая масса люцерны (С : N = 17,5 : 1);

  • 2 клевер (С : N = 16,4:1);
  • 3 — без органических удобрений;
  • 4 солома злаков (С : N = 82 : 1) (по: Д. Хатчингс)

Перед использованием жидкого навоза на удобрение его разделяют на твердую и жидкую фракции. Твердую часть пускают на удобрение после компостирования, жидкую неразбавленную массу также применяют как удобрение, но во вневегетационный период. Обычно жидкую фракцию навоза используют для удобрительно-увлажнительного полива во время вегетации растений при разбавлении водой в 2—10 раз.

В бесподстилочном навозе значительная часть азота (40—60%) содержится в форме аммиака. Поэтому при его использовании целесообразно применять ингибиторы нитрификации.

Скорость минерализации навоза в почве определяется рядом факторов, но при других благоприятных условиях она зависит в основном от соотношения в навозе С : N. Обычно навоз вызывает повышение урожая в течение двух-трех лет в отличие от азотных удобрений, которые не имеют последействия. Широко используют также зеленые удобрения, или сидераты. Это растительная масса, запахиваемая в почву. Она более или менее быстро минерализуется в зависимости от почвенно-климатических условий (рис. 65).

Солома. В последнее время солому также используют как органическое удобрение. Внесение соломы обогащает почву гумусом. Кроме того, в ней содержится около 0,5% азота и другие необходимые растениям элементы. При разложении соломы выделяется много диоксида углерода, что также благотворно действует на посевы.

Еще в начале XIX в. английский химик Ж. Леви указывал на возможность применения соломы как органического удобрения.

Однако до последнего времени запахивать солому не рекомендовали. Это обосновывали тем, что в соломе велико соотношение С : N (около 100 : 1), и ее заделка в почву вызывает биологическое закрепление минерального азота. Растительные материалы с меньшим соотношением С : N такого явления не вызывают. Растения, посеянные после запашки соломы, испытывают недостаток азота. Исключение составляют лишь бобовые культуры.

Недостаток азота после заделки соломы можно компенсировать внесением азотных удобрений из расчета 6—7 кг азота на 1 т запаханной соломы. При этом положение не вполне исправляется, так как солома содержит некоторые вещества, токсичные для растений. Требуется некоторый период времени для их детоксикации, которую проводят микроорганизмы, разлагающие эти соединения.

Проведенная в последние годы экспериментальная работа позволяет дать рекомендации по устранению неблагоприятного влияния соломы на сельскохозяйственные культуры.

В условиях северной зоны солому в виде резки целесообразно запахивать в верхний слой почвы. Здесь в аэробных условиях все токсичные для растений вещества довольно быстро разлагаются. При мелкой запашке через один-полтора месяца происходит разрушение вредных соединений и начинает освобождаться биологически закрепленный азот. На юге, особенно в субтропической и тропической зонах, разрыв времени между заделкой соломы и посевом может быть минимальным даже при глубокой запашке. Здесь все неблагоприятные факторы перестают действовать быстро.

При соблюдении приведенных рекомендаций почва обогащается органическим веществом и в ней активизируются мобилизационные процессы, в том числе деятельность азотфиксирующих микроорганизмов. В зависимости от ряда условий внесение I т соломы приводит к фиксации 5—12 кг молекулярного азота.

??? Торф. Нередко удобрением служит низовой торф. Он обладает огромной влагоемкостью (полная влагоемкость достигает 90%). В сухом веществе такого торфа содержится 80—93% органических соединений, три четверти которых — гумусовые и лигниноподобные вещества. Содержание органического азота в низовом торфе колеблется в пределах 1,5—4%, причем минерализуется микроорганизмами он крайне медленно. Большой экспериментальный материал свидетельствует о том, что даже огромные дозы низового торфа (100—200 т/га) не дают существенного эффекта.

шшял Компост. Некоторые хозяйства стремятся полностью перейти на «биологическое» земледелие, отказавшись от использования минеральных удобрений и химических средств зашиты растений. Это связано с охраной окружающей среды. Однако для высоких урожаев требуются достаточно высокие дозы органических удобрений.

В настоящее время для получения органических удобрений используют метод компостирования различных органических отходов. Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких как навоз, отходы растениеводства, сырой активный ил и нечистоты.

По современным представлениям, компостирование — это экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается аэробной биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов в условиях повышенной температуры и влажности (по К. Форстеру и Д. А. Вейду, 1990). В процессе биодеградации органический субстрат претерпевает физические и химические превращения с образованием стабильного гумифицированного конечного продукта. Этот продукт представляет ценность для сельского хозяйства и как органическое удобрение, и как средство, улучшающее структуру почвы.

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. Конечный продукт, компост, содержит наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу мертвых микроорганизмов, некоторое количество живых и продукты химического взаимодействия этих компонентов.

Компостирование представляет собой динамический микробный процесс, протекающий благодаря активности сообщества микро- и макроорганизмов различных групп:

  • • микроорганизмы — бактерии, в том числе актиномицеты; мицелиальные грибы и дрожжи; водоросли; вирусы;
  • • микрофауна — простейшие;
  • • высшие грибы;
  • • макрофауна — двупарноногие многоножки, клещи, ного- хвостки, черви, а также муравьи, термиты, пауки и жуки.

В процессе компостирования принимает участие множество видов бактерии более 2000 и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна температура ниже 20 °С. для мезофилов — от 20 до 40 °С и для термофилов — свыше 40 °С. На последней стадии компостирования преобладают, как правило, мезофилы. Хотя количество бактерий в компосте очень велико — 108— IО9 клеток на грамм влажного компоста, из-за малых размеров (1—8 мкм) они составляют менее половины обшей микробной массы. Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем большинство бактерий и грибов, и на ранних стадиях компостирования не составляют им конкуренции. Они более заметны на последующих стадиях процесса компостирования. Их численность ниже численности бактерий и составляет величину порядка 105—106 клеток на грамм влажного компоста.

Грибы играют важную роль в деструкции целлюлозы, и состояние компостируемой массы должно регулироваться таким образом, чтобы оптимизировать активность этих организмов. Важным фактором является температура. так как грибы погибают, если она поднимается выше 55 °С. После понижения температуры они вновь распространяются из более холодных зон по всему объему компостируемой массы.

Вирусы — ультрамикроскопические облигатные паразиты, вызывающие заболевания растений, животных и человека. Если зараженный растительный материал подвергается компостированию, количество патогенных вирусов в нем резко снижается преимущественно благодаря температурно-временным воздействиям.

Простейшие — одноклеточные организмы, питающиеся бактериями, водорослями и другими простейшими. Полагают, что именно простейшие управляют численностью бактериальной популяции.

После того как достигнут максимум температуры, компост, остывая, становится доступным для широкого ряда почвенных животных. Они поедают других животных, их экскременты и органические остатки. Многие почвенные животные вносят большой вклад в переработку компостируемого материала благодаря его физическому дроблению. Эти животные также способствуют перемешиванию разных компонентов компоста. Ткани организмов, принадлежащих макрофауне, богаты азотом и легко разрушаются. Масса этих организмов представляет собой непрерывно пополняемый и опустошаемый запас соединений азота.

шшш Органические отходы. Органические отходы промышленного, сельскохозяйственного или коммунального происхождения представляют собой смесь сахаров, белков, жиров, гем и целлюлозы, целлюлозы, лигнина и неорганических солей в широком интервале концентраций:

  • • водорастворимые соединения (сахара, аминокислоты и др.) — 2-30%;
  • • соединения, растворимые в эфире и спирте (жиры, масла, воски), — 1 — 15%;
  • • белок — 5—40%;
  • • гемицеллюлоза — 10—30%;
  • • целлюлоза — 15—60%;
  • • лигнин — 5—30%;
  • • зола — 5—25%.

Состав фракций растительных отходов зависит от возраста растения, его типа и среды. Свежее растительное сырье содержит много водорастворимых веществ, белков и солей. При увеличении возраста соли возвращаются в почву и низкомолекулярные соединения превращаются в более высокомолекулярные, особенно геми целлюлозу, целлюлозу и лигнин. Состав отходов животноводства зависит от типа животного и от его корма. В процессе компостирования простые низкомолекулярные соединения легко

Динамика температуры (сшошная линия) и pH (пунктирная линия) в куче органических отходов в процессе компостирования (по

Рис. 66. Динамика температуры (сшошная линия) и pH (пунктирная линия) в куче органических отходов в процессе компостирования (по: К. Ф. Форстер и Д. А. Дж. Всйз)

метаболизируются микроорганизмами, а полимерные соединения — после их гидролиза экзоферментами.

Когда органические отходы складывают для компостирования, то благодаря изолирующему влиянию субстрата сохраняется теплота, образующаяся вследствие биологической активности, и температура повышается (рис. 66). Процесс компостирования можно разбить на четыре стадии: мезофильная, термофильная, остывание, созревание.

В начальной мезофильной стадии микроорганизмы, присутствующие в отходах, начинают быстро размножаться, температура поднимается до 40 °С, среда подкисляется за счет образования органических кислот. При увеличении температуры выше 40 °С начинают гибнуть исходные мезофилы и преобладать термофилы. Это поднимает температуру до 60 °С, при которой грибы становятся неактивными. Далее процесс продолжается спорообразующими бактериями и актиномицетами; pH среды повышается. В течение термофильной фазы наиболее легко разлагаемые субстраты, такие как сахара, крахмал, жиры, белки, быстро потребляются, и скорость процесса начинает падать после того, как в него вовлекаются более устойчивые субстраты. При этом скорость тепловыделения становится равной скорости теплопотери, что соответствует достижению температурного максимума. Затем компост вступает в стадию остывания. В течение стадии остывания pH медленно снижается, но среда остается щелочной. Термофильные грибы из более холодных зон вновь захватывают весь объем компостируемой массы и вместе с актиномицетами потребляют трудноразложимые полисахариды, гем и целлюлозу и целлюлозу, разрушая их до моносахаридов, которые потом могут быть использованы широким кругом микроорганизмов.

Первые три стадии компостирования — мезофильная, термофильная, остывания протекают очень быстро, за дни или недели, в зависимости от используемой системы компостирования. Заключительная стадия — созревание, в течение которой потери массы и тепловыделения малы, длится несколько месяцев. В этой стадии происходят сложные реакции между остатками лигнина из отходов и белками отмерших микроорганизмов, приводящие к образованию гуминовых кислот. Конечная реакция компоста — слабощелочная.

Высокая температура является необходимым условием успешного компостирования, хотя при сильном ее повышении процесс биодеградации подавляется из-за ингибирования роста микроорганизмов. Однако температура порядка 60 °С необходима для борьбы с термочувствительными патогенными микроорганизмами. Поэтому следует поддерживать условия, при которых, с одной стороны, будут гибнуть патогенные микроорганизмы, а с другой — развиваться микроорганизмы, ответственные за деградацию биополимеров. Для этой цели рекомендуемой температурой является 55 °С.

Разложение органических отходов в процессе компостирования представляет собой динамический и сложный экологический процесс, в котором постоянно происходит изменение температуры и состава питательных веществ, меняется численность и видовой состав микроорганизмов. Скорость получения конечного продукта зависит от нескольких взаимосвязанных параметров. К ним относятся источники питания, дисперсность частиц, влажность, прочность структуры, аэрация, перемешивание, pH и размер кучи.

Желательно, чтобы сырье для компостирования содержало максимум органического материала и минимум неорганических остатков. Это особенно важно при переработке ряда отходов, например городского хозяйства, которые содержат существенные количества меди, никеля, свинца, цинка. Поэтому при работе с такими отходами желательно удалять стекло, металл, пластмассу и другие осколки в той степени, в какой это экономически выгодно. Если для компостирования используют сырой активный ил, то во избежание загрязнения тяжелыми металлами, он должен быть получен в основном при переработке коммунальных, а нс промышленных стоков.

Оптимизация процесса компостирования может быть обеспечена реализацией следующих параметров:

  • соотношение С : N в субстрате — от 25 : 1 до 30 : 1;
  • размер частиц — 12,5 мм для систем с перемешиванием принудительной аэрацией, 50 мм для компостных рядов в случае естественной аэрации;
  • влажность — 50—60%;
  • свободный объем — около 30%;
  • аэрация — 0,6—0,8 м3 воздуха в сутки на 1 кг летучей части твердых веществ или поддержание концентрации 02 в пределах 10—18%;
  • температура — 55 °С;
  • перемешивание — без перемешивания, при периодическом переворачивании в простых системах и короткие периоды энергичного перемешивания в механизированных системах;
  • размеры кучи — длина любая, высота 1,5 м и ширина 2,5 м для куч и компостных рядов с естественной аэрацией. В случае принудительной аэрации размеры кучи должны препятствовать перегреву.

Задача состоит в том, чтобы реализовать набор этих параметров в виде недорогих, но надежных систем для компостирования. Сложность оборудования и степень приближения к рекомендуемым значениям основных параметров сильно меняются от простых куч до сложных механических установок.

В простых системах (кучах) подготовленный материал складывают в виде длинных куч, называемых компостными рядами, вручную или с помощью самосвалов, погрузчиков.

Эти кучи имеют приблизительно треугольную форму в сечении, их высота и ширина могут быть различны, но рекомендуется, чтобы при естественной аэрации высота не превышала 1,5 м, а ширина — 2,5 м. Компостные ряды могут быть любой длины. Переворачивание материала в кучах осуществляется для его аэрации, уменьшения размера частиц и для того, чтобы весь материал подвергся действию высоких температур в термофильной стадии. Последнее достигается перемещением наружных частей кучи в ее середину при переворачивании. Переворачивание можно производить разными способами и с разной эффективностью.

Для того чтобы увеличить скорость биодеградации и исключить необходимость в переворачивании материала, в некоторых процессах осуществляется принудительная аэрация компостных рядов с помощью специальных воздуходувных каналов или труб, проложенных под компостным материалом. Аэрация куч может осуществляться либо за счет отсасывания воздуха из этих каналов, либо вдуванием в них воздуха.

Современные крупномасштабные системы по переработке городских отходов включают, как правило, стадии накопления твердых отходов, их предобработки, биодеградации и переработки конечного продукта. Собранные твердые отходы выгружают с грузовиков в глубокие бункеры или на специально подготовленные площадки, откуда их перемещают с помощью специальных транспортеров, ковшей или погрузчиков. Затем материал подвергается обработке, которая заключается в измельчении, отделении нежелатсльных или негодных к переработке примесей и регулировании влажности. Стадия биодеградации осуществляется с помощью компостных рядов или более сложных механизированных систем. Полностью механизированные системы по переработке городских отходов отличаются от компостных рядов с непрерывно перемешивающими устройствами и представляют собой закрытые силосы (башни), в которых за несколько дней осуществляется процесс активной биодеградации. Степень механизации и автоматизации силосов различна для разных проектов. Время пребывания компостируемого материала в силосах колеблется в пределах 4—20 дней, наиболее обычен срок 8 дней.

Биодеградация органического материала при компостировании приводит к потере примерно 30—40% органического вещества в виде С02 и Н20. Биодеградации подвергается только часть органического вещества, неразложенная фракция попадает в конечный продукт. Состав конечного продукта (компоста) варьирует в широких пределах и в основном отражает состав использованного органического сырья. Компост, сырьем для которого послужили городские отходы, содержит меньше органических веществ и питательных веществ для растений, чем компост, полученный из сельскохозяйственных отходов. Компост из городских отходов содержит также определенное количество тяжелых металлов, уровень которых следует контролировать, чтобы предупредить накопление токсичных веществ в почве.

Каковы преимущества компостирования? Известно, что внесение сырых органических отходов в любую экосистему может создать серьезные проблемы либо из-за их высокой потребности в 02, либо из-за выделения NH3. Компостирование позволяет с помощью биологического окисления получать стабильные продукты. В отличие от сырых отходов гумифицированные продукты при внесении их в экосистему не вызывают больших нарушений экологического равновесия. При компостировании достигаются температуры, при которых погибают патогенные микроорганизмы (в том числе вредители растений), гельминты, сорняки и их семена. Компост представляет собой в первую очередь средство для улучшения структуры почвы и в определенной степени органическое удобрение. При внесении компоста в почву он минерализуется, выделяя основные питательные вещества для растений, источники N, Р. К, микроэлементы. Питательные вещества выделяются из компоста медленнее, чем из легкорастворимых минеральных удобрений, следовательно, действие компоста может длиться в течение нескольких лет. Установлено, что количество основных питательных веществ, которые становятся доступными в год внесения компоста, составляет по азоту — 25%, по фосфору — 100%, по калию — 30%. И наконец, следует отметить здравоохранительный аспект процесса компостирования. Известно, что большинство органических отходов человека и животных (нечистоты, сырой и даже сброженный активный ил, отходы боен, навоз и подстилка сельскохозяйственных животных, твердые отходы) содержат патогенные микроорганизмы. При компостировании выживанию патогенных микроорганизмов препятствует в первую очередь воздействие высокой температуры. Температуры порядка 55—60 °С, действующие от нескольких минут до нескольких дней, в основном эффективны — при этом большинство возбудителей болезней и паразитов погибает.

Таким образом, компостирование отходов является способом гигиенического удаления органических отходов, снижения их патогенности и получения полезного продукта, внесение которого в почву обеспечивает ее питательными веществами, снижает се засоление, повышает стабильность почвы и способность к удержанию влаги.

Освещая вопросы компостирования органических отходов, нельзя не упомянуть о таком органическом материале, как солома. Известно, что интенсивное производство зерна приводит к образованию огромных количеств соломы, требующей удаления. Во многих странах для ликвидации избытка соломы применяют сжигание соломы и стерни на поле. Однако специалисты в области охраны окружающей среды все в большей степени обеспокоены сопутствующим сжиганию риском загрязнением атмосферы газом, вредом, наносимым фауне и флоре, потерей почвой питательных веществ. В то же время запахивание соломы в почву приводит к значительному снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Последнее связано с тем, что запаханная в почву солома подвергается анаэробной биодеградации с образованием ряда фитотоксических соединений, таких как уксусная, пропионовая и масляная кислоты. Эти кислоты образуются при разложении целлюлозы, содержащейся в соломе. Вредное влияние фитотоксинов проявляется только тогда, когда прорастающие корни приходят в тесный контакт с соломой. При этом оказалось, что основным ингибитором роста растений является уксусная кислота, которая даже в минимальном количестве может отрицательно влиять на рост корней. Следует, однако, подчеркнуть, что снижение урожайности зерновых культур при внесении соломы в почву объясняется не только образованием фитотоксических соединений, но и иммобилизацией азота почвы микроорганизмами. В настоящее время предложен ряд способов, позволяющих снизить фитотоксичность соломы. Одним из них является внесение в пашню целлюлозолитических грибов для ускорения процесса биодеградации соломы в почве путем их разбрызгивания (рассева) в момент запахивания соломы. В этом случае токсичный уровень уксусной кислоты будет достигнут скорее и, следовательно, она будет раньше потреблена почвенными микроорганизмами, так что к моменту осеннего сева зерновых влияние фитотоксинов будет снижено. Следовательно, необходимо получение активного штамма целлюлозолитического гриба, обладающего наибольшей скоростью биодеградации соломы. Грибной препарат должен сохранять целлюлозолитическую активность при высушивании и длительном хранении. Его нужно вносить в солому в больших количествах для обеспечения максимально возможной степени биодеградации, чтобы в почве к моменту сева присутствовало как можно меньше фитотоксинов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >