Принцип ферментации органического компоста

1. Обзор

Любой вид квалифицированного высококачественного органического компоста должен пройти процесс ферментации компоста.Компостирование — это процесс, при котором органические вещества разлагаются и стабилизируются микроорганизмами при определенных условиях с получением продукта, пригодного для землепользования.

Компостирование, древний и простой метод обработки органических отходов и изготовления удобрений, привлекло большое внимание во многих странах из-за его экологической значимости, а также приносит пользу сельскохозяйственному производству.Сообщалось, что с болезнями, передающимися через почву, можно бороться, используя разложившийся компост в качестве семенного ложа.После высокотемпературной стадии процесса компостирования количество антагонистических бактерий может достигать очень высокого уровня, они не легко разлагаются, стабильны и легко поглощаются сельскохозяйственными культурами.Между тем действие микроорганизмов позволяет снизить токсичность тяжелых металлов в определенном диапазоне.Видно, что компостирование — это простой и эффективный способ производства биоорганических удобрений, который полезен для развития экологического сельского хозяйства. 

Почему компост так работает?Ниже приводится более подробное описание принципов компостирования:

 2. Принцип ферментации органического компоста

2.1 Преобразование органического вещества при компостировании

Превращение органического вещества в компост под действием микроорганизмов можно свести к двум процессам: один — минерализация органического вещества, то есть разложение сложного органического вещества на простые вещества, другой — процесс гумификации органического вещества, то есть разложение и синтез органического вещества с образованием более сложного особого органического вещества — гумуса.Оба процесса осуществляются одновременно, но в противоположном направлении.В разных условиях интенсивность каждого процесса различна.

2.1.1 Минерализация органического вещества

• Разложение безазотистого органического вещества

Полисахаридные соединения (крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза) сначала гидролизуются до моносахаридов гидролитическими ферментами, выделяемыми микроорганизмами.Промежуточные продукты, такие как спирт, уксусная кислота и щавелевая кислота, было нелегко накапливать, и в конечном итоге они образовывали CO₂ и H₂O и выделяли много тепловой энергии.Если вентиляция плохая, под действием микроба моносахарид будет медленно разлагаться, выделять меньше тепла и накапливать некоторые промежуточные продукты — органические кислоты.В условиях наличия газоотталкивающих микроорганизмов могут образовываться восстанавливающие вещества, такие как CH₄ и H₂.

• Разложение азотсодержащего органического вещества

Азотсодержащая органика компоста включает белок, аминокислоты, алкалоиды, гумус и так далее.За исключением гумуса, большинство из них легко разлагается.Например, белок под действием протеазы, выделяемой микроорганизмом, постепенно деградирует, образуя различные аминокислоты, а затем образует аммонийную соль и нитрат соответственно путем аммонизации и нитрования, которые могут поглощаться и утилизироваться растениями.

• Трансформация фосфорсодержащих органических соединений в компосте

Под действием различных сапрофитных микроорганизмов образует фосфорную кислоту, которая становится питательным веществом, которое растения могут усваивать и использовать.

• Конверсия серосодержащего органического вещества

Серосодержащие органические вещества в компосте благодаря роли микроорганизмов в производстве сероводорода.Сероводород легко накапливается в среде нелюбящих газ и может быть ядовит для растений и микроорганизмов.Но в хорошо проветриваемых условиях сероводород окисляется до серной кислоты под действием серобактерий и вступает в реакцию с основой компоста с образованием сульфата, который не только устраняет токсичность сероводорода, но и становится серным питательным веществом, которое могут усваивать растения.В условиях плохой вентиляции происходило сульфатирование, что приводило к потере сероводорода и отравлению растения.В процессе ферментации компоста аэрацию компоста можно улучшить, регулярно переворачивая компост, чтобы устранить антисерообразование.

• Превращение липидов и ароматических органических соединений

Такие, как танин и смола, являются сложными и медленно разлагаются, а конечными продуктами также являются CO₂ и вода. Лигнин представляет собой стабильное органическое соединение, содержащее растительные материалы (такие как кора, опилки и т. д.) при компостировании.Его очень трудно разложить из-за его сложной структуры и ароматического ядра.При условии хорошей вентиляции ароматическое ядро ​​может быть преобразовано в хиноидные соединения под действием грибов и актиномицетов, что является одним из сырьевых материалов для ресинтеза гумуса.Конечно, эти вещества будут продолжать расщепляться при определенных условиях.

Таким образом, минерализация компостированного органического вещества может обеспечить быстродействующие питательные вещества для сельскохозяйственных культур и микроорганизмов, обеспечить энергию для деятельности микробов и подготовить основные материалы для гумификации компостированного органического вещества.Когда в компостировании преобладают аэробные микроорганизмы, органическое вещество быстро минерализуется с образованием большего количества углекислого газа, воды и других питательных веществ, быстро и тщательно разлагается с выделением большого количества тепловой энергии. тепловой энергии, а продукты разложения помимо питательных веществ для растений легко накапливают органические кислоты и восстановительные вещества, такие как CH₄, H₂S, PH₃, H₂ и т.д.Таким образом, опрокидывание компоста во время ферментации также предназначено для изменения типа микробной активности для устранения вредных веществ.

2.1.2 Гумификация органического вещества

Существует множество теорий образования гумуса, которые можно условно разделить на две стадии: первая стадия, когда органические остатки распадаются с образованием сырья, из которого состоят молекулы гумуса, на второй стадии полифенол окисляется до хинона полифенолоксидазой, секретируемой микроорганизмом, а затем хинон конденсируется с аминокислотой или пептидом с образованием мономера гумуса.Поскольку фенол, хинин, разнообразие аминокислот, взаимная конденсация неодинакова, поэтому образование мономера гумуса также разнообразно.В разных условиях эти мономеры далее конденсируются с образованием молекул разного размера.

2.2 Конверсия тяжелых металлов при компостировании

Муниципальный шлам является одним из лучших сырьевых материалов для компостирования и ферментации, поскольку он содержит богатые питательные вещества и органические вещества для роста сельскохозяйственных культур.Но муниципальный шлам часто содержит тяжелые металлы, к этим тяжелым металлам обычно относятся ртуть, хром, кадмий, свинец, мышьяк и так далее.Микроорганизмы, особенно бактерии и грибы, играют важную роль в биотрансформации тяжелых металлов.Хотя некоторые микроорганизмы могут изменить присутствие тяжелых металлов в окружающей среде, сделать химические вещества более токсичными и вызвать серьезные экологические проблемы или концентрировать тяжелые металлы и накапливаться в пищевой цепи.Но некоторые микробы могут помочь улучшить окружающую среду, удаляя тяжелые металлы из окружающей среды прямым и косвенным действием.Микробная трансформация HG включает три аспекта, т.е. метилирование неорганической ртути (Hg2+), восстановление неорганической ртути (Hg2+) до HG0, разложение и восстановление метилртути и других органических соединений ртути до HG0.Эти микроорганизмы, способные преобразовывать неорганическую и органическую ртуть в элементарную ртуть, называются устойчивыми к ртути микроорганизмами.Хотя микроорганизмы не могут разлагать тяжелые металлы, они могут снижать токсичность тяжелых металлов, контролируя путь их трансформации.

2.3 Процесс компостирования и ферментации

Компостирование — это форма стабилизации отходов, но для создания нужной температуры требуются особая влажность, условия аэрации и микроорганизмы.Считается, что температура выше 45 ° C (около 113 градусов по Фаренгейту), что достаточно для инактивации патогенов и уничтожения семян сорняков.Скорость разложения остаточного органического вещества после разумного компостирования низкая, относительно стабильная и легко усваивается растениями.Запах может быть значительно уменьшен после компостирования.

В процессе компостирования участвует множество различных видов микроорганизмов.В связи с изменением сырья и условий количество различных микроорганизмов также постоянно меняется, поэтому ни один из микроорганизмов не всегда доминирует в процессе компостирования.Каждая среда имеет свое специфическое микробное сообщество, а микробное разнообразие позволяет компостировать, чтобы избежать коллапса системы даже при изменении внешних условий.

Процесс компостирования в основном осуществляется микроорганизмами, которые являются основным компонентом ферментации компоста.Микробы, участвующие в компостировании, поступают из двух источников: большого количества микробов, уже присутствующих в органических отходах, и искусственного микробного инокулята.При определенных условиях эти штаммы обладают сильной способностью разлагать некоторые органические отходы и обладают характеристиками сильной активности, быстрого размножения и быстрого разложения органического вещества, что может ускорить процесс компостирования, сократить время реакции компостирования.

Компостирование обычно делится на аэробное компостирование и анаэробное компостирование двух видов.Аэробное компостирование — это процесс разложения органических материалов в аэробных условиях, а продуктами его метаболизма в основном являются углекислый газ, вода и тепло;анаэробное компостирование - это процесс разложения органических материалов в анаэробных условиях, конечными метаболитами анаэробного разложения являются метан, двуокись углерода и многие низкомолекулярные промежуточные продукты, такие как органические кислоты.

Основными микробными видами, участвующими в процессе компостирования, являются бактерии, грибы и актиномицеты.Все эти три вида микроорганизмов имеют мезофильные бактерии и гипертермофильные бактерии.

В процессе компостирования микробное население менялось поочередно следующим образом: низкотемпературные и среднетемпературные микробные сообщества менялись на средне- и высокотемпературные микробные сообщества, а средне- и высокотемпературные микробные сообщества менялись на средне- и низкотемпературные микробные сообщества.С увеличением времени компостирования количество бактерий постепенно уменьшалось, количество актиномицетов постепенно увеличивалось, а количество плесени и дрожжей в конце компостирования значительно уменьшалось.

Процесс ферментации органического компоста можно условно разделить на четыре этапа:

2.3.1 На стадии нагрева

На начальном этапе компостирования микроорганизмы в компосте в основном имеют умеренную температуру и хорошую атмосферу, наиболее распространенными из которых являются неспоровые бактерии, споровые бактерии и плесень.Они запускают процесс ферментации компоста и энергично разлагают органические вещества (такие как простой сахар, крахмал, белок и т. д.) в условиях хорошей атмосферы, выделяя много тепла и постоянно повышая температуру компоста. примерно от 20 ° C (около 68 градусов по Фаренгейту) до 40 ° C (около 104 градусов по Фаренгейту) называется лихорадочной стадией или стадией промежуточной температуры.

2.3.2 При высоких температурах

Теплые микроорганизмы постепенно вытесняют теплые виды, и температура продолжает расти, обычно выше 50 ° C (около 122 градусов по Фаренгейту) в течение нескольких дней, переходя в высокотемпературную фазу.На высокотемпературной стадии основными видами становятся хорошие тепловые актиномицеты и хорошие тепловые грибы.Они расщепляют сложные органические вещества в компосте, такие как целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин и так далее.Тепло накапливается, и температура компоста повышается до 60 ° C (около 140 градусов по Фаренгейту), это очень важно для ускорения процесса компостирования.Неправильное компостирование компоста, только очень короткий высокотемпературный период или отсутствие высокой температуры, и, следовательно, очень медленное созревание, через полгода или более период не наполовину зрелое состояние.

2.3.3 На этапе охлаждения

Через определенный период в высокотемпературной фазе большая часть целлюлозных, гемицеллюлозных и пектиновых веществ разлагалась, оставляя после себя трудноразлагаемые комплексные компоненты (например, лигнин) и новообразованный гумус, активность микроорганизмов снижалась. и температура постепенно снижалась.Когда температура падает ниже 40 ° C (около 104 градусов по Фаренгейту), мезофильные микроорганизмы становятся доминирующими видами.

Если стадия охлаждения наступает раньше, то условия компостирования не идеальны и разложение растительных материалов недостаточно.В этот момент можно перевернуть кучу, смешивание ворсового материала, так что он производит второй нагрев, нагрев, чтобы способствовать компостированию.

2.3.4 Стадия созревания и сохранения удобрений

После компостирования объем уменьшается, а температура компоста падает до уровня, немного превышающего температуру воздуха, после чего компост следует плотно утрамбовать, приводя в анаэробное состояние и ослабляя минерализацию органики, чтобы сохранить удобрение.

Короче говоря, процесс ферментации органического компоста — это процесс микробного метаболизма и размножения.Процесс микробного метаболизма – это процесс разложения органических веществ.Разложение органического вещества производит энергию, которая запускает процесс компостирования, повышает температуру и сушит влажный субстрат.

 
Если у вас есть какие-либо другие вопросы или потребности, пожалуйста, свяжитесь с нами следующими способами:
WhatsApp: +86 13822531567
Email: sale@tagrm.com