Компост является ценным сырьем, а также экономически и экологически выгодной альтернативой химическим удобрениям. В процессе компостирования происходит уменьшение объема исходного сырья и формирование гумусоподобного субстрата, питательного для растений. Компостирование – это не только способ сокращения отходов, но и способ возврата химических элементов, необходимых растениям, назад в почву. По мнению ряда исследователей, компост является лучшим вариантом восстановления и поддержания устойчивого состояния сельскохозяйственных земель. Однако для этого компост должен удовлетворять ряду параметров качества.
Критерии качества компоста
Качество компоста в первую очередь определяет его питательность для растений и отсутствие фитотоксичности, то есть химических веществ, замедляющих прорастание семян, рост и развитие растений. К таковым относится, например, аммиак и ряд органических кислот. Эти вещества могут образовываться в результате неполного разложения органики при компостировании. Поэтому важными показателями для компоста как для удобрения являются стабильность и зрелость.
1. Стабильность
В итоге компостирования исходный материал разлагается до стабильной формы. Степень стабильности компоста оценивается по степени разложения органики и степени гумификации. Однако, как показывают исследования, только лишь стабильность компоста не всегда означает его качество.
2. Зрелость
Зрелым компост считается, если он благотворно воздействует на растения, то есть важным показателем зрелости является отсутствие фитотоксичности. Изменение фитотоксичности определяется с помощью индекса прорастания. Зрелый компост обладает следующими базовыми свойствами: не имеет аммиачного запаха; не имеет высокой температуры и не нагревается при увлажнении и возвращении в компостную кучу (тест на самонагревание); гранулированный, цвета темного дерева, пахнет приятно; внешне отличается от исходного материала. Поскольку стабильный компост не всегда означает, что он зрелый, оба параметра являются необходимыми для качественного компоста, который является эффективным удобрением и почвенной добавкой.
3. Безопасность
Сырье, на основе которого изготавливается компост, зачастую содержат патогенные организмы. Качество компоста нельзя оценивать без учета безопасности для здоровья человека и условий его проживания. Использование компоста, не соответствующего критериям санитарно-эпидемиологической безопасности, может привести к загрязнению почвы и последующей передаче токсикантов, возбудителей заболеваний человеку прямо или опосредованно через выращиваемые на компосте культуры.
Объем исследований безопасности компоста разнятся в разных странах. Это зависит от степени развития отрасли компостирования в целом и законодательства в частности.
Для оценки безопасности компоста из отходов животноводства, осадка сточных вод, твердых коммунальных отходов в России выделяют следующие критерии:
а) содержание токсичных химических элементов (свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, цинк, хром, медь, никель).
В компосте из отходов животноводства (навоз КРС, свиней, лошадей, помет птичий) допустимо содержание свинца до 130, кадмия – до 2,0, ртути – 2,1, мышьяка - 10 мг/кг в сухом веществе. Для компоста из осадка сточных вод дополнительно исследуется содержание цинка, хрома, меди, никеля, которое не должно превышать 220, 90, 132, 80 мг/кг соответственно.
b) хлорорганические пестициды.
Для компоста из любого вида сырья допустимо не более 0,1 мг/кг в сухом веществе таких пестицидов как гексахлоран (ГХЦГ (сумма изомеров)), ДДТ и его метаболитов.
c) содержание бенз(а)пирена, полихлорированных бифенилов.
Определяется в случае применения торфа в качестве сырьевого компонента при производстве подстилочного навоза, помета, компостов, а также для компоста из органической фракции ТКО. Допустимо содержание бенз(а)пирена не более 0,02, ПХБ - не более 0,06 мг/кг в сухом веществе.
d) удельная эффективная активность природных и техногенных радионуклидов (ACs/45+ASr/30)
Допускается удельная эффективная активность природных радионуклидов не более 300 Бк/кг, удельная эффективная активность техногенных радионуклидов (ACs/45+ASr/30) - не более 1 относит. ед.
e) наличие патогенных микроорганизмов.
Для компоста из любого вида сырья индекс санитарно-показательных микроорганизмов (колиформы, энтеробактерии) -не более 9 клеток/г.
Не допускается наличие
-патогенных и болезнетворных микроорганизмов, в том числе энтеробактерий (патогенных серовариантов кишечной палочки, сальмонелл, протеи), энтерококков (стафилококков, клостридий, бацилл), энтеровирусов,
-жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, в том числе нематод (аскаридат, трихоцефалов, стронгилят, стронгилоидов), тремотод, цестод,
-Цист кишечных патогенных простейших,
- личинок и куколок синантропных мух.
Стоит отметить, что в России компост без добавления минеральных компонентов не тестируется на острую токсичность (пероральную, дермальную, ингаляционную), сенсибилизирующее и раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки, а также на способность к кумуляции в организме млекопитающих.
4. Физико-химические свойства
Для оценки зрелости и качества компоста используется ряд физико-химических параметров, в частности:
-емкость катионного обмена (cation exchange capacity, CEC).
Емкость катионного обмена связана с гумификацией, поскольку гуминовые соединения обладают высокой способностью абсорбировать катионы, и соответственно этот показатель возрастает при созревании компоста. Рекомендованный показатель для зрелого компоста должен быть выше 60 мЭкв (Миллиэквивалент (мЭкв) – одна тысячная часть эквивалента) на 100 г органической материи.
- общее содержание углерода,
Обычно это около 90% всего углерода (оставшееся – это карбонаты и бикарбонаты). Его содержание: зеленые отходы 20-30%, домашние пищевые отходы – 25-50%, ОСВ – 30-40%. В процессе компостирования этот показатель снижается в связи с потерями при выделении микроорганизмами углекислого газа, а также метана в случае анаэробных очагов.
- индекс минерализации,
Во время компостирования органический азот переходит в форму аммония (NH4+) и нитрата (NO3−) по окончанию процесса, то есть происходит минерализация азота. Как правило, в итоговом компосте общее количество азота обычно составляет от 1 до 4% от общего сухого веса компоста и состоит, по меньшей мере, на 10% из минерального азота.
-кислотность (pH).
У зрелого компоста показатель pH равен 7-9. У незрелого показатель ниже 7.
- степень гумификации.
Отдельно степень гумификации оценивается, как отношение фульвовых кислот к гуминовым. Считается, что при показателе ниже 1 компост незрелый, зрелым компост считается при показателе выше 1-3.
- показатель дыхательных процессов (BOD, Biological oxygen demand)
Этот показатель показывает дыхательную активность микроорганизмов в компосте. При активном дыхании идет высокое потребление кислорода и выделение углекислого газа. Этот показатель высок во время активной фазы компостирования и должен быть низок у зрелого компоста. А также могут проводить оценку активность ферментов, ответственных за процессы разложения, таких, например, как: целлюлаза, гемицеллюлаза, фенолоксидаза, протеазы, липазы, фосфатазы. Высокое содержание этих ферментов характерно для активной фазы компостирования. Однако на их содержание влияет исходный субстрат, поэтому эта оценка не всегда точна.
Факторы, влияющие на качество компоста
Стабильность и качество компоста зависят от таких параметров, как физико-химические характеристики сырья, его пропорции, способ компостирования и создаваемые условия (кислород и температура), а также время созревания.
1.Физико-химические свойства сырья
К физико-химическим характеристикам сырья относят, в первую очередь:
- размер частиц,
- рыхлость,
- соотношение C/N,
- pH,
- увлажненность.
Качественный компост получается при правильном балансе питательных элементов, достаточном увлажнении и аэрации.
2.Соотношение углерода и азота (C/N) в сырье
Содержание питательных веществ в итоговом компосте зависит от состава сырья, соотношения C/N в нем и самого процесса компостирования. При компостировании часть азота теряется вследствие минерализации. Во время компостирования органический азот переходит в форму аммония (NH4+) и нитрата (NO3−) по окончанию процесса. Часть азота выделяется в виде газообразной формы: аммиак (NH3) и оксид азота (N2O). Тем не менее, при правильных условиях компостирования конечный продукт имеет достаточное количество питательных веществ, чтобы служить качественным удобрением, при условии зрелости. Потери азота могут происходить также при утечке нитратов, в случае если компостные кучи не защищены от дождя.
Особенно важен правильный баланс C/N во вводимом сырье. Во время активной фазы аэробной ферментации микроорганизмы потребляют в 15-30 раз больше углерода, чем азота. Слишком высокое соотношение C/N замедляет процесс компостирования. Например, как показывают исследования, компост из обрезанных веток и древесины созревает дольше (около 18 месяцев), чем компост из домашних органических отходов, где C/N составляет около 30 (около 7 месяцев). Оптимальным соотношением C/N считается показатель от 25 до 30, с предпочтением в 30. По другим данным – 14–27. В работе по оценке качества компоста из органических городских отходов и осадка сточных вод (ОСВ) было показано, что предпочтительнее даже соотношение C/N = 25 для вводных материалов. Более высокое значение замедляло процесс, что приводило к потерям азота в итоговом компосте. Существенное замедление наблюдалось и при превышении значения в 35. В случае, когда исходный материал ощутимо богаче углеродом, чем азотом, может произойти блокирование азота, называемое «азотным голодом». В другом исследовании отмечают, что также можно без значимого снижения эффективности снизить показатель до 15, но не ниже.
С другой стороны, при слишком низком соотношении C/N происходит большая потеря азота в атмосферу в виде оксида азота (N2O) и аммиака (NH3), что снижает питательные свойства и качество получаемого компоста и к тому же повышает выброс нежелательных газов (в частности, вредного для человека аммиака и опасного для атмосферы оксида азота). Избыточное выделение аммиака негативно влияет на рост растений, подавляя ростовые процессы, что является источником неприятного запаха и при высокой концентрации вредно для здоровья человека. Таким образом, соотношение C/N также важно во избежание выделений вредных веществ при компостировании.
Если рассмотреть потенциально компостируемые отходы с точки зрения этого параметра, то их можно разделить на группы по содержанию азота и углерода. К богатым азотом относится органика животного происхождения, например, навоз, остатки мясной промышленности, осадок сточных вод (ОСВ). К богатым углеродом – органика растительного происхождения, например, садовая обрезка, овощные отходы, смешанные пищевые отходы растительного происхождения, отходы деревообрабатывающей промышленности и другие лигнин- и целлюлозосодержащие отходы. Ряд отходов может иметь уже изначально подходящее C/N соотношение. Вот примеры C/N соотношения для разных видов сырья: опилки – 150-500, пшеничная солома – 120-150, солома разных сельскохозяйственных злаков – 80-150; палая листва – 20-60, лошадиный навоз с соломой – 20-30, овечий навоз – 15-20, осадок сточных вод – 10-30.
Для соблюдения правильного баланса углерода и азота рекомендуется при необходимости смешивать исходные материалы из разных групп. Так при компостировании навоза многие исследователи предлагают добавлять отходы с высоким содержанием углерода, например, солому или опилки. Показано, что добавление опилок и соломы в компостируемый навоз эффективно снижает потерю азота в виде N2O, а также выброс парникового газа CH4 (на 44% и 66,3%, соответственно). Для снижения потерь азота в виде аммиака при компостировании ОСВ некоторые исследователи рекомендуют такие добавки как биочар и цеолит.
При слишком высоком содержании в сырье целлюлозы и лигнина рекомендуется добавление компонентов, богатых азотом, например, ОСВ, навоза, водорослей и других богатых азотом органических отходов. Это относится как к компостированию в промышленном масштабе, так и в малых хозяйствах.
Как правило, при созревании компоста наблюдается снижение соотношения C/N ниже 15-20. Зрелым считается компост, у которого этот показатель близок к гуминовой почве – 10.
3.Объемная плотность сырья
На скорость и качество компостирования влияет объемная плотность сырья и доступность кислорода внутри компостируемой смеси. Рыхлость или пористость субстрата обеспечивает необходимую аэрацию для процессов аэробного разложения. Этот параметр зависит от размера частиц, а также от объема массы. Для поддержания аэробных условий компостирования необходимо минимально 5% кислорода в поровом пространстве, тогда как анаэробное брожение происходит при снижении кислорода менее 1%. Концентрация углекислого газа не должна превышать 15%. Достаточное количество кислорода особенно важно на начальной стадии компостирования, поскольку в это время идет активные развитие микроорганизмов (15-20% желательны). На более поздней стадии нормальным считает снижение содержания кислорода до 5-10% (на стабильной стадии).
Плотность субстрата измеряется исходя из массы материала в занимаемом объеме. Обычно этот параметр должен составлять 100-400 кг на м3 для сухого материала и 500-900 для влажного. Более высокий показатель увеличивает массу и снижает пористость, рыхлость и объем воздуха внутри массы. С другой стороны очень низкая плотность влажной массы может указывать на чрезмерную аэрацию субстрата и снижать доступность влаги. Плотность может увеличиваться просто от давления большого объема, без рыхления. Например, при длительном хранении или транспортировке в большом объеме. Отсюда следует польза смешения исходных материалов – более плотных, например, навоза или ОСВ, с менее плотными, например, с соломой, – для лучшего проникновения кислорода. Аэрация достигается регулярным перемешиванием и переворачиванием компостируемой массы во избежание образования анаэробных участков.
4.Условия и методы компостирования
Нужно понимать, что на качество компоста влияет не только тип сырья, но и условия и методы компостирования. Одним из таких параметров является увлажнение. Микроорганизмам для их жизнедеятельности необходима вода, как и всему живому. Слишком низкая влажность материала (меньше 30%) может привести к быстрой дегидратации компоста и остановить биологические процессы разложения, что даст некачественный и незрелый продукт. С другой стороны слишком высокая влажность (более 80%) приведет к формированию анаэробных условий. Оптимальным считают влажность 45-55%.
В связи с этим необходимо учитывать потенциальное влияние климата на процесс и результаты компостирования. Климатические факторы, связанные с влажностью и температурой, могут улучшать одни характеристики и ухудшать другие. В статье французских ученых было произведено сравнение компоста, полученного из разного сырья в тропическом и умеренном климате. Материалы для исследования были получены из Европы, Южной Америки, Азии и Африки. В качестве сырья использовались следующие группы отходов: навоз, отходы сельскохозяйственной промышленности, домашние органические отходы, растительные отходы (green waste), ТКО, ОСВ. Для группы сельскохозяйственных отходов материал был разнородный. Например, для умеренного климата – отходы пивоварни из Германии, оливковый жмых из Испании и Греции, отходы с форелевых ферм из Финляндии и угольная зола из Японии; для тропического – отходы кофейного хозяйства из Колумбии, винокурни сахарного тростника из стран Карибского бассейна, отходы молочных ферм из Индии и отходы производства пальмового масла из Малайзии. Общий органический углерод (total organic carbon) был выше при компостировании в умеренном климате для компоста на основе отходов сельхоз промышленности, а в тропическом – для компоста на основе навоза. По параметру общего азота (total nitrogen) наивысший показатель был у компоста на основе ОСВ в обоих типах климата. Для каждого типа сырья среднее значение этих показателей было неизменно выше в условиях умеренного климата. То же наблюдалось для общего калия и растворимого углерода (см. табл. 1).
Критерии качества компоста
Качество компоста в первую очередь определяет его питательность для растений и отсутствие фитотоксичности, то есть химических веществ, замедляющих прорастание семян, рост и развитие растений. К таковым относится, например, аммиак и ряд органических кислот. Эти вещества могут образовываться в результате неполного разложения органики при компостировании. Поэтому важными показателями для компоста как для удобрения являются стабильность и зрелость.
1. Стабильность
В итоге компостирования исходный материал разлагается до стабильной формы. Степень стабильности компоста оценивается по степени разложения органики и степени гумификации. Однако, как показывают исследования, только лишь стабильность компоста не всегда означает его качество.
2. Зрелость
Зрелым компост считается, если он благотворно воздействует на растения, то есть важным показателем зрелости является отсутствие фитотоксичности. Изменение фитотоксичности определяется с помощью индекса прорастания. Зрелый компост обладает следующими базовыми свойствами: не имеет аммиачного запаха; не имеет высокой температуры и не нагревается при увлажнении и возвращении в компостную кучу (тест на самонагревание); гранулированный, цвета темного дерева, пахнет приятно; внешне отличается от исходного материала. Поскольку стабильный компост не всегда означает, что он зрелый, оба параметра являются необходимыми для качественного компоста, который является эффективным удобрением и почвенной добавкой.
3. Безопасность
Сырье, на основе которого изготавливается компост, зачастую содержат патогенные организмы. Качество компоста нельзя оценивать без учета безопасности для здоровья человека и условий его проживания. Использование компоста, не соответствующего критериям санитарно-эпидемиологической безопасности, может привести к загрязнению почвы и последующей передаче токсикантов, возбудителей заболеваний человеку прямо или опосредованно через выращиваемые на компосте культуры.
Объем исследований безопасности компоста разнятся в разных странах. Это зависит от степени развития отрасли компостирования в целом и законодательства в частности.
Для оценки безопасности компоста из отходов животноводства, осадка сточных вод, твердых коммунальных отходов в России выделяют следующие критерии:
а) содержание токсичных химических элементов (свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, цинк, хром, медь, никель).
В компосте из отходов животноводства (навоз КРС, свиней, лошадей, помет птичий) допустимо содержание свинца до 130, кадмия – до 2,0, ртути – 2,1, мышьяка - 10 мг/кг в сухом веществе. Для компоста из осадка сточных вод дополнительно исследуется содержание цинка, хрома, меди, никеля, которое не должно превышать 220, 90, 132, 80 мг/кг соответственно.
b) хлорорганические пестициды.
Для компоста из любого вида сырья допустимо не более 0,1 мг/кг в сухом веществе таких пестицидов как гексахлоран (ГХЦГ (сумма изомеров)), ДДТ и его метаболитов.
c) содержание бенз(а)пирена, полихлорированных бифенилов.
Определяется в случае применения торфа в качестве сырьевого компонента при производстве подстилочного навоза, помета, компостов, а также для компоста из органической фракции ТКО. Допустимо содержание бенз(а)пирена не более 0,02, ПХБ - не более 0,06 мг/кг в сухом веществе.
d) удельная эффективная активность природных и техногенных радионуклидов (ACs/45+ASr/30)
Допускается удельная эффективная активность природных радионуклидов не более 300 Бк/кг, удельная эффективная активность техногенных радионуклидов (ACs/45+ASr/30) - не более 1 относит. ед.
e) наличие патогенных микроорганизмов.
Для компоста из любого вида сырья индекс санитарно-показательных микроорганизмов (колиформы, энтеробактерии) -не более 9 клеток/г.
Не допускается наличие
-патогенных и болезнетворных микроорганизмов, в том числе энтеробактерий (патогенных серовариантов кишечной палочки, сальмонелл, протеи), энтерококков (стафилококков, клостридий, бацилл), энтеровирусов,
-жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, в том числе нематод (аскаридат, трихоцефалов, стронгилят, стронгилоидов), тремотод, цестод,
-Цист кишечных патогенных простейших,
- личинок и куколок синантропных мух.
Стоит отметить, что в России компост без добавления минеральных компонентов не тестируется на острую токсичность (пероральную, дермальную, ингаляционную), сенсибилизирующее и раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки, а также на способность к кумуляции в организме млекопитающих.
4. Физико-химические свойства
Для оценки зрелости и качества компоста используется ряд физико-химических параметров, в частности:
-емкость катионного обмена (cation exchange capacity, CEC).
Емкость катионного обмена связана с гумификацией, поскольку гуминовые соединения обладают высокой способностью абсорбировать катионы, и соответственно этот показатель возрастает при созревании компоста. Рекомендованный показатель для зрелого компоста должен быть выше 60 мЭкв (Миллиэквивалент (мЭкв) – одна тысячная часть эквивалента) на 100 г органической материи.
- общее содержание углерода,
Обычно это около 90% всего углерода (оставшееся – это карбонаты и бикарбонаты). Его содержание: зеленые отходы 20-30%, домашние пищевые отходы – 25-50%, ОСВ – 30-40%. В процессе компостирования этот показатель снижается в связи с потерями при выделении микроорганизмами углекислого газа, а также метана в случае анаэробных очагов.
- индекс минерализации,
Во время компостирования органический азот переходит в форму аммония (NH4+) и нитрата (NO3−) по окончанию процесса, то есть происходит минерализация азота. Как правило, в итоговом компосте общее количество азота обычно составляет от 1 до 4% от общего сухого веса компоста и состоит, по меньшей мере, на 10% из минерального азота.
-кислотность (pH).
У зрелого компоста показатель pH равен 7-9. У незрелого показатель ниже 7.
- степень гумификации.
Отдельно степень гумификации оценивается, как отношение фульвовых кислот к гуминовым. Считается, что при показателе ниже 1 компост незрелый, зрелым компост считается при показателе выше 1-3.
- показатель дыхательных процессов (BOD, Biological oxygen demand)
Этот показатель показывает дыхательную активность микроорганизмов в компосте. При активном дыхании идет высокое потребление кислорода и выделение углекислого газа. Этот показатель высок во время активной фазы компостирования и должен быть низок у зрелого компоста. А также могут проводить оценку активность ферментов, ответственных за процессы разложения, таких, например, как: целлюлаза, гемицеллюлаза, фенолоксидаза, протеазы, липазы, фосфатазы. Высокое содержание этих ферментов характерно для активной фазы компостирования. Однако на их содержание влияет исходный субстрат, поэтому эта оценка не всегда точна.
Факторы, влияющие на качество компоста
Стабильность и качество компоста зависят от таких параметров, как физико-химические характеристики сырья, его пропорции, способ компостирования и создаваемые условия (кислород и температура), а также время созревания.
1.Физико-химические свойства сырья
К физико-химическим характеристикам сырья относят, в первую очередь:
- размер частиц,
- рыхлость,
- соотношение C/N,
- pH,
- увлажненность.
Качественный компост получается при правильном балансе питательных элементов, достаточном увлажнении и аэрации.
2.Соотношение углерода и азота (C/N) в сырье
Содержание питательных веществ в итоговом компосте зависит от состава сырья, соотношения C/N в нем и самого процесса компостирования. При компостировании часть азота теряется вследствие минерализации. Во время компостирования органический азот переходит в форму аммония (NH4+) и нитрата (NO3−) по окончанию процесса. Часть азота выделяется в виде газообразной формы: аммиак (NH3) и оксид азота (N2O). Тем не менее, при правильных условиях компостирования конечный продукт имеет достаточное количество питательных веществ, чтобы служить качественным удобрением, при условии зрелости. Потери азота могут происходить также при утечке нитратов, в случае если компостные кучи не защищены от дождя.
Особенно важен правильный баланс C/N во вводимом сырье. Во время активной фазы аэробной ферментации микроорганизмы потребляют в 15-30 раз больше углерода, чем азота. Слишком высокое соотношение C/N замедляет процесс компостирования. Например, как показывают исследования, компост из обрезанных веток и древесины созревает дольше (около 18 месяцев), чем компост из домашних органических отходов, где C/N составляет около 30 (около 7 месяцев). Оптимальным соотношением C/N считается показатель от 25 до 30, с предпочтением в 30. По другим данным – 14–27. В работе по оценке качества компоста из органических городских отходов и осадка сточных вод (ОСВ) было показано, что предпочтительнее даже соотношение C/N = 25 для вводных материалов. Более высокое значение замедляло процесс, что приводило к потерям азота в итоговом компосте. Существенное замедление наблюдалось и при превышении значения в 35. В случае, когда исходный материал ощутимо богаче углеродом, чем азотом, может произойти блокирование азота, называемое «азотным голодом». В другом исследовании отмечают, что также можно без значимого снижения эффективности снизить показатель до 15, но не ниже.
С другой стороны, при слишком низком соотношении C/N происходит большая потеря азота в атмосферу в виде оксида азота (N2O) и аммиака (NH3), что снижает питательные свойства и качество получаемого компоста и к тому же повышает выброс нежелательных газов (в частности, вредного для человека аммиака и опасного для атмосферы оксида азота). Избыточное выделение аммиака негативно влияет на рост растений, подавляя ростовые процессы, что является источником неприятного запаха и при высокой концентрации вредно для здоровья человека. Таким образом, соотношение C/N также важно во избежание выделений вредных веществ при компостировании.
Если рассмотреть потенциально компостируемые отходы с точки зрения этого параметра, то их можно разделить на группы по содержанию азота и углерода. К богатым азотом относится органика животного происхождения, например, навоз, остатки мясной промышленности, осадок сточных вод (ОСВ). К богатым углеродом – органика растительного происхождения, например, садовая обрезка, овощные отходы, смешанные пищевые отходы растительного происхождения, отходы деревообрабатывающей промышленности и другие лигнин- и целлюлозосодержащие отходы. Ряд отходов может иметь уже изначально подходящее C/N соотношение. Вот примеры C/N соотношения для разных видов сырья: опилки – 150-500, пшеничная солома – 120-150, солома разных сельскохозяйственных злаков – 80-150; палая листва – 20-60, лошадиный навоз с соломой – 20-30, овечий навоз – 15-20, осадок сточных вод – 10-30.
Для соблюдения правильного баланса углерода и азота рекомендуется при необходимости смешивать исходные материалы из разных групп. Так при компостировании навоза многие исследователи предлагают добавлять отходы с высоким содержанием углерода, например, солому или опилки. Показано, что добавление опилок и соломы в компостируемый навоз эффективно снижает потерю азота в виде N2O, а также выброс парникового газа CH4 (на 44% и 66,3%, соответственно). Для снижения потерь азота в виде аммиака при компостировании ОСВ некоторые исследователи рекомендуют такие добавки как биочар и цеолит.
При слишком высоком содержании в сырье целлюлозы и лигнина рекомендуется добавление компонентов, богатых азотом, например, ОСВ, навоза, водорослей и других богатых азотом органических отходов. Это относится как к компостированию в промышленном масштабе, так и в малых хозяйствах.
Как правило, при созревании компоста наблюдается снижение соотношения C/N ниже 15-20. Зрелым считается компост, у которого этот показатель близок к гуминовой почве – 10.
3.Объемная плотность сырья
На скорость и качество компостирования влияет объемная плотность сырья и доступность кислорода внутри компостируемой смеси. Рыхлость или пористость субстрата обеспечивает необходимую аэрацию для процессов аэробного разложения. Этот параметр зависит от размера частиц, а также от объема массы. Для поддержания аэробных условий компостирования необходимо минимально 5% кислорода в поровом пространстве, тогда как анаэробное брожение происходит при снижении кислорода менее 1%. Концентрация углекислого газа не должна превышать 15%. Достаточное количество кислорода особенно важно на начальной стадии компостирования, поскольку в это время идет активные развитие микроорганизмов (15-20% желательны). На более поздней стадии нормальным считает снижение содержания кислорода до 5-10% (на стабильной стадии).
Плотность субстрата измеряется исходя из массы материала в занимаемом объеме. Обычно этот параметр должен составлять 100-400 кг на м3 для сухого материала и 500-900 для влажного. Более высокий показатель увеличивает массу и снижает пористость, рыхлость и объем воздуха внутри массы. С другой стороны очень низкая плотность влажной массы может указывать на чрезмерную аэрацию субстрата и снижать доступность влаги. Плотность может увеличиваться просто от давления большого объема, без рыхления. Например, при длительном хранении или транспортировке в большом объеме. Отсюда следует польза смешения исходных материалов – более плотных, например, навоза или ОСВ, с менее плотными, например, с соломой, – для лучшего проникновения кислорода. Аэрация достигается регулярным перемешиванием и переворачиванием компостируемой массы во избежание образования анаэробных участков.
4.Условия и методы компостирования
Нужно понимать, что на качество компоста влияет не только тип сырья, но и условия и методы компостирования. Одним из таких параметров является увлажнение. Микроорганизмам для их жизнедеятельности необходима вода, как и всему живому. Слишком низкая влажность материала (меньше 30%) может привести к быстрой дегидратации компоста и остановить биологические процессы разложения, что даст некачественный и незрелый продукт. С другой стороны слишком высокая влажность (более 80%) приведет к формированию анаэробных условий. Оптимальным считают влажность 45-55%.
В связи с этим необходимо учитывать потенциальное влияние климата на процесс и результаты компостирования. Климатические факторы, связанные с влажностью и температурой, могут улучшать одни характеристики и ухудшать другие. В статье французских ученых было произведено сравнение компоста, полученного из разного сырья в тропическом и умеренном климате. Материалы для исследования были получены из Европы, Южной Америки, Азии и Африки. В качестве сырья использовались следующие группы отходов: навоз, отходы сельскохозяйственной промышленности, домашние органические отходы, растительные отходы (green waste), ТКО, ОСВ. Для группы сельскохозяйственных отходов материал был разнородный. Например, для умеренного климата – отходы пивоварни из Германии, оливковый жмых из Испании и Греции, отходы с форелевых ферм из Финляндии и угольная зола из Японии; для тропического – отходы кофейного хозяйства из Колумбии, винокурни сахарного тростника из стран Карибского бассейна, отходы молочных ферм из Индии и отходы производства пальмового масла из Малайзии. Общий органический углерод (total organic carbon) был выше при компостировании в умеренном климате для компоста на основе отходов сельхоз промышленности, а в тропическом – для компоста на основе навоза. По параметру общего азота (total nitrogen) наивысший показатель был у компоста на основе ОСВ в обоих типах климата. Для каждого типа сырья среднее значение этих показателей было неизменно выше в условиях умеренного климата. То же наблюдалось для общего калия и растворимого углерода (см. табл. 1).
Таблица 1. Сравнение значений ряда показателей для компоста из разного сырья в разных типах климата
Показатели: TOC – общий органический углерод; TN – общий азот; C/N; P – общий фосфор; K – общий калий; EC – электрическая проводимость; SOL – доля растворимого углерода; LIG – доля лигнин-углерода.
Тип сырья: GW – растительные отходы; HW – домашние органические отходы; I – отходы сельскохозяйственной промышленности; M – навоз; MSW – городские ТБО; SS – ОСВ.
Сельскохозяйственные отходы давали более высокий общий органический углерод в компосте, чем тот, что был произведен из навоза, древесины, растительных зеленых и городских отходов. Компост из отходов домашних хозяйств и ТКО показал более низкий уровень содержания общей органики и питательных компонентов вне зависимости от типа климата. Вывод был неожиданным для исследователей, поскольку эти отходы были наиболее гетерогенные по составу.
По совокупности параметров данное исследование показало, что компост на основе отходов сельскохозяйственной промышленности, ОСВ и навоза имел наиболее высокое качество, причем в разных климатических условиях.
Как сырье влияет на качество компоста. Примеры.
Сравнению качества компоста из органических городских отходов и ОСВ уделили большое внимание испанские ученые. В ряде работ было показано, что на основе ОСВ возможно получить качественный и питательный компост, при условии учета уровня качества очистительных систем и доведения компоста до зрелости. Для ОСВ был показан высокий уровень азота, что связано с высоким содержанием белка и других азотсодержащих компонентов в субстрате. В связи с этим на выходе компост получается питательным, однако при недостаточной зрелости компост из ОСВ обладает высокой фитотоксичностью. Поэтому авторы статьи не рекомендуют применять ОСВ в виде удобрения без компостирования. В данном исследовании в ОСВ обнаружен высокий уровень фосфора, предположительно из-за полифосфата и моющих средств. Содержание доступного растениям фосфора также повышается, что дает возможность использовать компост из ОСВ в качестве удобрения.
При сравнении компоста из растительных отходов (Vegetal Residues), ОСВ, городских ТБО, отходов сельского хозяйства и отходы производства оливкового масла было показано, что на стадии остывания или по окончанию компостирования фитотоксичность полностью терял компост из оливкового жмыха, ОСВ и сельхоз отходов. Компост из городских ТБО и растительных остатков фитотоксичность до конца не терял. Все варианты компоста, кроме компоста из ТБО, удовлетворяли испанским нормам по содержанию тяжелых металлов. Данную проблему отмечают в своей статье испанские ученые. В статье указано, что в материале из городских отходов основной проблемой является повышение уровня железа и цинка, пентетовой кислоты (ДТПА, Диэтилентриаминпентаацетат) и CaCl2. Однако исследователи отмечают, что несмотря на то, что концентрация тяжелых металлов в конечном компосте увеличивается по сравнению с исходным материалом в связи с уменьшением массы, часть их переходит в связанные стабильные соединения, которые не усваиваются растениями. Тем не менее, необходимо определять уровень таких компонентов до того как добавлять компост в почву. Проблема тяжелых металлов и иных нежелательных соединений (например, ряда лекарственных препаратов, тем или иным способом попадающих в сточные воды) может быть характерна и для ОСВ.
В другом испанском исследовании по оценке качества компоста из городских отходов было отмечено, что в продукте на основе ТБО была отмечена высокая фитотоксичность и фекальное загрязнение. Компост из ОСВ, с другой стороны, оказался более стабильным и зрелым, чем полученный просто из растительных отходов (green waste) и соответствовал санитарным требованиям.
Таким образом, при использовании городских отходов для производства компоста необходима качественная сортировка и оценка материала.
Подводя итоги, можно отметить, что тип сырья, условия и методы компостирования имеют решающее значение для получения стабильного, зрелого, качественного и безопасного компоста. Ключевыми параметрами для используемого сырья является соотношение C/N, а для компостирования- оптимальная влажность и аэрация.
Авторы:
Вера Первакова, руководитель проекта «CompostPro», эколог. magazine@compostpro.ru
Сутягина Полина Антоновна, специальный корреспондент журнала «CompostPro», биолог
Показатели: TOC – общий органический углерод; TN – общий азот; C/N; P – общий фосфор; K – общий калий; EC – электрическая проводимость; SOL – доля растворимого углерода; LIG – доля лигнин-углерода.
Тип сырья: GW – растительные отходы; HW – домашние органические отходы; I – отходы сельскохозяйственной промышленности; M – навоз; MSW – городские ТБО; SS – ОСВ.
Сельскохозяйственные отходы давали более высокий общий органический углерод в компосте, чем тот, что был произведен из навоза, древесины, растительных зеленых и городских отходов. Компост из отходов домашних хозяйств и ТКО показал более низкий уровень содержания общей органики и питательных компонентов вне зависимости от типа климата. Вывод был неожиданным для исследователей, поскольку эти отходы были наиболее гетерогенные по составу.
По совокупности параметров данное исследование показало, что компост на основе отходов сельскохозяйственной промышленности, ОСВ и навоза имел наиболее высокое качество, причем в разных климатических условиях.
Как сырье влияет на качество компоста. Примеры.
Сравнению качества компоста из органических городских отходов и ОСВ уделили большое внимание испанские ученые. В ряде работ было показано, что на основе ОСВ возможно получить качественный и питательный компост, при условии учета уровня качества очистительных систем и доведения компоста до зрелости. Для ОСВ был показан высокий уровень азота, что связано с высоким содержанием белка и других азотсодержащих компонентов в субстрате. В связи с этим на выходе компост получается питательным, однако при недостаточной зрелости компост из ОСВ обладает высокой фитотоксичностью. Поэтому авторы статьи не рекомендуют применять ОСВ в виде удобрения без компостирования. В данном исследовании в ОСВ обнаружен высокий уровень фосфора, предположительно из-за полифосфата и моющих средств. Содержание доступного растениям фосфора также повышается, что дает возможность использовать компост из ОСВ в качестве удобрения.
При сравнении компоста из растительных отходов (Vegetal Residues), ОСВ, городских ТБО, отходов сельского хозяйства и отходы производства оливкового масла было показано, что на стадии остывания или по окончанию компостирования фитотоксичность полностью терял компост из оливкового жмыха, ОСВ и сельхоз отходов. Компост из городских ТБО и растительных остатков фитотоксичность до конца не терял. Все варианты компоста, кроме компоста из ТБО, удовлетворяли испанским нормам по содержанию тяжелых металлов. Данную проблему отмечают в своей статье испанские ученые. В статье указано, что в материале из городских отходов основной проблемой является повышение уровня железа и цинка, пентетовой кислоты (ДТПА, Диэтилентриаминпентаацетат) и CaCl2. Однако исследователи отмечают, что несмотря на то, что концентрация тяжелых металлов в конечном компосте увеличивается по сравнению с исходным материалом в связи с уменьшением массы, часть их переходит в связанные стабильные соединения, которые не усваиваются растениями. Тем не менее, необходимо определять уровень таких компонентов до того как добавлять компост в почву. Проблема тяжелых металлов и иных нежелательных соединений (например, ряда лекарственных препаратов, тем или иным способом попадающих в сточные воды) может быть характерна и для ОСВ.
В другом испанском исследовании по оценке качества компоста из городских отходов было отмечено, что в продукте на основе ТБО была отмечена высокая фитотоксичность и фекальное загрязнение. Компост из ОСВ, с другой стороны, оказался более стабильным и зрелым, чем полученный просто из растительных отходов (green waste) и соответствовал санитарным требованиям.
Таким образом, при использовании городских отходов для производства компоста необходима качественная сортировка и оценка материала.
Подводя итоги, можно отметить, что тип сырья, условия и методы компостирования имеют решающее значение для получения стабильного, зрелого, качественного и безопасного компоста. Ключевыми параметрами для используемого сырья является соотношение C/N, а для компостирования- оптимальная влажность и аэрация.
Авторы:
Вера Первакова, руководитель проекта «CompostPro», эколог. magazine@compostpro.ru
Сутягина Полина Антоновна, специальный корреспондент журнала «CompostPro», биолог