CC BY
14
HayKOBMM BiCHMK ^tBiBCtKoro Ha^OHa^tHoro yHiBepcMTeTy
BeTepMHapHoi Megw^HM Ta öioTexHO^oriw iMeHi C.3. I^M^Koro
Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies
ISSN 2519-268X print ISSN 2518-1327 online
doi: 10.15421/nvlvet8528 http://nvlvet.com.ua/
UDC 502.34: 579.26
Investigation of the temperature regime impact on the course of composting processes of the solid municipal waste's organic component
О. Sagdeeva, G. Krusir, A. Tsykalo
Odessa National Academy of Food Technologies
Sagdeeva, О., Krusir, G., & Tsykalo, A (2018). Investigation of the temperature regime impact on the course of composting processes of the solid municipal waste's organic component. Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies. 20(85), 155161. doi: 10.15421/nvlvet8528
The most environmentally appropriate solutions for management of municipal solid waste recycling are recognized as minimization and prevention of environmental pollution. The international recycling system is focused on minimizing waste by raw materials' sorting and recycling, the rest goes to recycling and composting, combustion and stockpiling. In Ukraine, the problem of waste management remains the most urgent in the field of ecological safety. In fact, hundreds thousands tons of municipal waste today are accumulated annually in landfills and dumps. Taking into account that up to 40% of the municipal solid waste relates to easily degradable organic wastes (food waste, market waste, urban greenhouses, municipal power supply, sewage systems, household waste), the removal of this part of waste from landfills through composting and the conversion of waste into secondary material resource will significantly reduce the environmental burden on actually deployed and potentially planned landfills. Aerobic composting is one of the best available technologies for an integrated waste management system by minimizing anthropogenic environmental impact, complying with the latest domestic andforeign developments, economic and practical acceptance of technology. The purpose of this work is to study the possibility of accelerating the process of composting the municipal solid waste's food component by using microbiological additives for introduction the process as a nature protection technology in landfills. The article presents the results of the study of the microbiological additive's influence on the process of composting the municipal solid waste's food component in order to accelerate it in the mesophilic and thermophilic temperature regimes with controlled parameters. In order to improve the efficiency of the composting process and to compare the processes' characteristics the soil was used as inoculum, and the soil extract was used as a microbiological additive. It was shown that the microbiological complex accelerates the composting process of the municipal solid waste's food component by 3.3 times for the thermophilic regime and by 2.1 times for the mesophilic conditions of composting process, which testifies to the efficiency of its use in the processes of municipal solid waste recycling in order to improve the general level of environmental safety.
Key words: food waste, municipal solid waste, composting, mesophilic and thermophilic regimes, microbiological additive, soil.
Дослвдження впливу температурного режиму на nepe6ir процеав компостування оргашчного компоненту твердих мунщипальних вiдходiв
О.А. Сагдеева, Г.В. Kpycip, А.Л. Цикало
Одеська нацюналъна академiя харчових технологт, Одеса, Украша
Найбтъш еколо&чно доцтъними ршеннями для управлтня переробкою твердих мунщипалъних eidxodie визнано мiнiмiзацiю та запобкання забрудненню довкшля. Мiжнаpoдна система переробки opieнтoвана на мiнiмiзацiю вiдхoдiв за рахунок сортування та вторинного використання сировини, решта потрапляс на переробку й компостування, спалювання та складування залиштв. В Украгт проблема поводження з вiдхoдами залишастъся найактуалътшою у сфеpi екoлoгiчнoi безпеки. Фактично сотт тисяч тон мутципалъних вiдхoдiв съогодн щopiчнo накопичуютъся звалищах та полконах. Осктъки до 40% ТМВ вiднoсиmъся до органчних вiдхoдiв, що легко розкладаютъся (хаpчoвi вiдхoди, вiдхoди ринтв, мкъких зелених господарств, мунiципалънoiмеpежi харчування, каналiзацiйнoi системи, вiдхoди домогосподарств), вилучення цгег' частини вiдхoдiв зi звалищ за рахунок компостування та перет-
Scientific Messenger LNUVMB, 2018, vol. 20, no 85
155
Article info
Received 19.02.2018 Received in revisedform
13.03.2018 Accepted 16.03.2018
Odessa National Academy of Food Technologies, Kanatna Str., 112, Odesa, 65039, Ukraine. Tel. +38-067-173-11-96 E-mail: [email protected]
ворення вiдходу на вторинний матерiальний ресурс суттево зменшить еколог1чне навантаження на фактично розмiщеннi та потенцшно заплановат звалища. Аеробне компостування е одтею з найкращих найбтьш доступных технологш для ттегрованог системи управлтня вiдходами за рахунок мтшгзаци антропогенного впливу на довкшля, вiдповiдностi новШнш втчизняним та зарубiжним розробкам, економiчноi та практичног прийнятностi технологи. Метою експериментального до^дження було вивчення можливостi прискорення процесу компостування харчовог складовог твердих мунщипальних вiдходiв за рахунок внесення мiкробiологiчних добавок для впровадження в якостi природоохоронног технологи на звалищах. У статтi представлено резуль-тати до^дження впливу мiкробiологiчноi добавки на перебк процеЫв компостування харчовог складовог твердих мунщипальних вiдходiв з метою його прискорення в мезофтьному i термофильному температурних режимах з керованими параметрами. Для тдвищення ефективностi процесу компостування та порiвняння особливостей перебщ/ проце^в в якостi токуляту використову-вали Грунт, в якостi мжробюлогЫног добавки - екстракт з Грунту. Показано, що мiкробiологiчний комплекс прискорюе процес компостування харчовог складовог твердих побутових вiдходiв в 3,3 рази за термофильного режиму i в 2,1 рази за мезофтьних умов проведення процесу компостування, що свiдчить про ефективтсть його використання в процесах переробки твердих мунщипальних вiдходiв з метою тдвищення загальногорiвня еколог1чног безпеки.
Ключовi слова: харчовi вiдходи, твердi мунщипальш вiдходи, компостування, мезофшьний та термофтьний режими, мкроб> ологiчна добавка, Грунт
Вступ
Дослщженням впливу звалищ та потгонш твердих мунщипальних в1дход1в на компоненти довкшля при-дшяеться велика увага в бшьшосп кра!н свиу. Обла-штоват без сучасних 1нженерно-еколопчних вимог, звалища в1дход1в е потужними джерелами забруднен-ня атмосфери, пдросфери та грунпв (Dzjad and Cvjetajeva, 2015; Gworek et al., 2016). Деградащя грунтового покриву вщноситься до числа найбшьш гост-рих проблем сучасного природокористування. З виче-рпанням запаав гумусу та бюфшьних елеменлв в грунтах вщбуваеться р1зке порушення оргашчного та мшерального харчування грунтово! бюти, наростають умови ол1готрофност1, знижуеться загальна бюлопчна актившсть та родючють грунпв, знижуеться !х стш-шсть до ерози, х1м1чного та бактер1ального забруд-нення. Актуальшсть дано! проблеми посилюеться дефщитом оргашчних добрив, без внесення яких не-можливо розраховувати на вщновлення грунтово! родючосп.
Харчов1 та рослинш вщходи в склад1 твердих мунщипальних вщход1в (до 40%) потребують розробки технолопчних заход1в щодо зменшення !х обсяпв та переробки, як компонента вщход1в, яка характеризу-еться найбшьшим обсягом та здатшстю до бюх1м1ч-них реакцш (Shmarin et al., 2014). Найбшьш еколопч-но доцшьним методом переробки такого виду вщхо-д1в е компостування, яке вщноситься до бютехнолоп-чних метод1в утил1зацИ, базуеться на природних процесах i тому е безпечним для живих орган1зм1в та довкшля (Adani et al., 2004; Jouraiphy, 2005; Yong et al., 2009).
В кранах £С та у свт стрiмко поширюеться орга-тчне виробництво як цiлiсна система рацюнального природокористування, що стае основою застосування сучасних технологiй компостування оргашчно! сиро-вини з отриманням як1сного продукту переробки. Переробка твердих вiдходiв в компост е сучасним досконалим методом !х знешкодження та подальшого використання. Основними перевагами застосування технологш компостування в обробщ вiдходiв е повер-нення наявних у вщходах поживних речовин рослин в екосистеми, скорочення кшькосп вiдходiв, одночасне корисне використання шших органiчних вiдходiв в компост (листя, трава, гнiй, очисний мул комуналь-них вод та in). Проте, загальна частка вiдходiв, що переробляються компостуванням, залишаеться неве-
ликою через довгий виробничий цикл процесу та, шода, одержання продукту нестабшьно! якостi. Через це багато дослщжень в галузi переробки твердих му-нiципальних вiдходiв присвячено способам прискорення процесу компостування. Це може бути досягну-то рiзними шляхами, такими як розробка високоефек-тивних апарапв компостування та змша бiотичних (вермикомпостування, використання спецiалiзованих культур та спiвтовариств мiкроорганiзмiв) або абюти-чних (температура, рН та ш.) параметрiв перебiгу процесу (Kulcu and Yaldiz, 2004; Gacenko, 2014; Shac'kyj and Povoloc'kyj, 2015).
Метою даного дослщження було вивчення мож-ливостi прискорення процесу компостування рослин-них вiдходiв за рахунок внесення мшробюлопчних добавок. Передбачалося, що !х додавання до складу сировинного матерiалу приведе до активацп мшроб-но! активносп на початкових стадiях процесу.
В ходi даного дослiдження необхiдно було вико-нати наступнi завдання:
1) дослщити вплив мiкробiологiчних добавок на процеси, що вiдбуваються при компостуванш оргаш-чних вiдходiв у мезоф№ному та термофiльному режимах;
2) дослщити умови перебiгу процесiв компостування за основними абютичними i бютичними показ-никами - за змшою температури, рН середовища та чисельносл мiкроорганiзмiв в сумiшi, що компосту-еться, витратою Карбону (емiсiею СО2) iз реактора;
3) визначити зршсть компосту за iндексом про-рощування i спiввiдношенням вмiсту загального Карбону i Нiтрогену в сумгш, яка компостувалась.
Матерiал i методи дослвджень
В якостi сировини для компостування використо-вували сумiш харчових (очистки картопл^ кабачков та моркви, листя капусти), сiльськогосподарських (бур'ян) i садово-паркових (листяний опад) вiдходiв у ваговому спiввiдношеннi 1:1:1. Листяний опад вико-ристовували в якостi наповнювача. Сировину подрiб-нювали до розмiрiв 10-15 мм, шдсушували на повг^ протягом 2 годин i загружали в реактор. Для пщви-щення ефективностi процесу компостування та порiв-няння особливостей перебiгу процесiв використову-вали в якостi мшробюлопчно! добавки екстракт з грунту. Варто зазначити, що за результатами досль джень (Fierer and Jackson, 2006) структура мжробних
Scientific Messenger LNUVMB, 2018, vol. 20, no 85
156
комплекса е неыд емною складовою детально! характеристики грунпв, тому доцшьно використовувати його мшробт комплекси в якосл мшробюлопчно! добавки для компостування в природних умовах.
Експеримент проводили в трьох стацюнарних реакторах об'емом 3 дм3 з примусовою аеращею протя-гом 6 тижшв. Умови проведення експерименту наведен! в таблиц 1.
Таблиця 1
Умови проведення експерименту
Номер реактора 1нокулят Добавка Температура навколишнього середовища, оС
1 грунт - 18-20
2 грунт мжробюлопчна 18-20
3 грунт мжробюлопчна 55
В кожний реактор вносили сумш, яка компосту-еться, в кшъкосп 1,2 (2/3 об'ему реактора) з волопстю 72%, яка перем1шувалась з1 100 г грунту (типовий для регюну чорнозем твденний мало гумусний) в якосп шокуляту. В реактор 1 (контроль) додавали 100 мл води дистильовано!, а в реактори 2 1 3 додавали 100 мл мшробюлопчно! добавки, яка е водним екст-рактом грунту, одержаного при шкубаци грунту з водою за пдромодулем 10 протягом 20 хвилин при перем1шуванш.
В якосп мжробюлопчно! добавки для пвдвищення ефективносп процесу компостування використовува-ли екстракт з грунту (чорнозему твденного), який мютить целюлозолгтичш мшрооргашзми та бактер1а-льш колони. До числа найб1льш активних целюлозо-руйшвних м1крооргашзм1в ввдносяться бактерп 1 м1к-ромщети, проте домшантну роль в розкладанш целю-лозомютких в1дход1в при проведенш процесу компостування мають бактери (Castaldi е! а1., 2005).
Реактори 1 1 2 були !зольоваш ввд дп температури навколишнього середовища. Реактор 3 помютили в термостат з1 встановленою температурою 55 °С з метою термофшьного компостування. Компостування продовжувалось протягом 6 тижшв, при цьому сумш, яка компостувалась, кожного дня перем1шували та зволожували для шдтримання вологосп на р!вш б1ля 70-75%. Кожного тижня проводили в1дб1р наважок масою б1ля 10 г для проведення дослвджень.
Контроль параметр1в процесу компостування здш-снювали за змшою температури, рН та чисельносп м1кроорган1зм1в в сум1ш1, що компостуеться, а також емки СО2 !з реактора (Netrusov, 2005). Зршсть компосту, який отримували, визначали за шдексом про-рощування (Nee1esh е! а1., 2011) 1 сшввщношенням вм1сту загального Карбону 1 Нирогену в сумш1, яка компостувалась (Samofa1ova, 2013).
Температуру всередиш сум1ш1, яка компостувалась, вим1рювали з допомогою спиртового термометру, який закршлено в кришц реактора, нижнш к1нець якого знаходився в сумш1, яка компостуеться.
Один раз на тиждень проводили в1дб1р газово! фракцп !з реактор1в з допомогою одноразових плас-тикових шприщв на 50 см3. Приеднували шприц до трубки для ввдводу газ1в !з реактора, попм реактор
струшували для вилучення газ1в з об'ему сумш1, яка компостуеться, 1 через 5 хв. вщбирали пробу газово! сумш1 в шлькосп 50 см3. Кшьшсть вуглекислого газу в проб! визначали за допомогою газового хроматографу «Хроматэк Кристалл 5000.2».
Наважки проб сум1ш1, що компостуеться, бшя 5 г помщали в метал1чш бюкси та висушували до пос-тшно! маси для визначення вологосп, загального Карбону та загального Нирогену. Доведет до постш-но! маси проби подр1бнювали в фарфоровш ступцг Просшвали через сито з розм1ром пор 0,25 мм 1 попм використовували для визначення загального оргашчного Карбону за Тюршим 1 загального Нирогену за Кьельдалем (Samofa1ova, 2013). Наважки вологих проб масою 5 г помщали в кошчш колби на 250 см3, змшували з 50 см3 дистильовано! води, струшували на качалщ протягом 1 год, попм ф!льтрували через складчастий ф!льтр для визначення рН, чисельносп мезоф!льних ! термоф!льних мжрооргашзм!в ! коефь ц!ента всхожост!.
рН водно! витяжки визначали з допомогою лабораторного рН-метра Hanna 221Х. Чисельн!сть мжро-орган!зм!в визначали з допомогою поаву на тверде поживне середовище в чашки Петр! за методом Коха.
Коефщент всхожост! визначали за шльшстю на-с!ння редису пос!вного, що проросло, !з десяти ! дов-жинами проростк!в в водних витяжках !з компост!в пор!вняно з контролем (дистильована вода).
Контроль якосп готового продукту визначали за сшввщношенням С/Ы та вм!стом в сух!й речовин! загального Н!трогену.
Результати та 1х обговорення
У л!тератур! досить повно представлена шформа-ц!я про бюхгшчт, м!кроб!олог!чн! ! !нш! аспекти процесу компостування оргашчних в!дход!в, що утворю-ються в с!льському ! комунальному господарств!, харчов!й промисловост! та ш. Тому в подальшому необхвдно було оц!нити, чи впливае шокуляц!я ком-постних сум!шей б!олог!чними добавками на процес компостування ТПВ. В цшому, завершен!сть процесу компостування характеризуеться двома поняттями -«стаб!льшсть» ! «зршсть» компосту, як!, незважаючи на сво! концептуальн! в!дм!нност!, одночасно викори-стовуються для визначення ступеню розкладання оргашчних речовин п!д час процесу компостування. Були обраш параметри, що дозволяють оц!нити як !нтенсивн!сть розкладання орган!чних речовин (температура, вмют орган!чних речовин, розчинного орга-шчного Карбону ! амон!йного Н!трогену), так ! його стаб!льн!сть (респ!раторна актившсть ! целюлозолпи-чна активн!сть, чисельшсть бактер!й ! м!кром!цет!в) ! зршсть (рН, ф!тотоксичн!сть).
Результати досл!джень змши рН сум!ш!, яка ком-постуеться, представлено на рис. 1.
Початкове значення рН сировини було слабкокис-лим, близьким до нейтрального (6,3). Шсля початку компостування значення рН в мезофшьному режим! в реактор! 2 до другого тижня знижувалося до 5,1, на п'ятому тижн! пвдшмалося до 8,1, пот!м знижувалося до 7,6. Це можна пояснити утворенням орган!чних кислот в процес! ферментацп, а пот!м !х нейтрал!защ-8с1епй£ю Messenger LNUVMB, 2018, vo1. 20, по 85
ею. За термоф1льних умов в реактор! 3 шсля першого тижня компостування рН середовища стало слабко-лужним (8,3), що можна пояснити видшенням четвер-тинних амошевих основ та солей, а попм поступово знижувалося, стабшзувалося на значенн 7,1.
рН
2
- ♦
—/■— ✓ / 3
1
0 1
^тижд^нь
Рис. 2. Змша чисельност! колонш мезофшьних мшро-оргашзм!в в сум1ш1, яка компостуеться, в реакторах з мшробюлопчною добавкою в мезофшьному (2) та термофшьному режимах (3) в пор1внянш з контроль-ним зразком (1), 1п N
Швидк1сть деструкцп оргашчно! речовини безпо-середньо залежить вщ чисельност! м1кроорган1зм1в та складу мжробних колонш сум1ш1, що компостуеться. В реактор! 2 спостер!галось прискорене зростання мезоф!льно! м!крофлори, тому що температура в них була на р!вш 23-25 °С. В реактор! 3 термофши дося-
гали значно б!льшо! чисельност!, тому що температу-рш умови були б!льш придатними для !х росту (55 °С).
Рис. 1. Змша рН сум!ш!, яка компостуеться, в реакторах з мшробюлопчною добавкою в мезофшьному (2) та термофшьному режимах (3) в пор!внянш з контрольним зразком (1)
Таким чином, в реакторах з мшробюлопчною добавкою при мезофшьному компостуванш на початко-вш стад!! компостування рН в!дхилялося в бгк слаб-кокислих, при термофшьному - в бгк слабколужних значень. Значення рН, яш спостер!гаються в реакторах 2 ! 3 наприкшщ процесу компостування, е опти-мальними для вирощування рослин та вщповщають вимогам, що висуваються до зршого компосту. Стабь л!защя ! нав!ть деяке зниження р!вня рН, яке ввдшче-но на останньому тижн!, скор!ше за все е результатом утворення гумусопод!бних речовин, про що опосере-дковано св!дчить стабшзащя вм!сту орган!чно! речовини та розчинного оргашчного Карбону в цей перь од.
Результати контролю чисельност! колонш мшроор-ган!зм!в ц!лком вщповщають уявленням про крив! зростання культури в пер!одичних умовах (рис. 2, 3).
Рис. 3. Змша чисельност! колонш термофшьних мгк-роорган!зм!в в сумш!, яка компостуеться, в реакторах з мжробюлопчною добавкою в мезоф!льному (2) та термоф!льному режимах (3) в пор!внянш з контрольним зразком (1), 1п N
Таким чином, додавання б!одобавки на основ! екс-тракту грунту п!двищуе чисельн!сть мшрофлори в зразках компосту в 2-3 рази пор!вняно з контролем. Оскшьки за деструкц1ю орган!чно! частини сумш!, що компостуеться, в!дпов!дають бактер!альн! колон!!, то !х зб!льшення в р!зних режимах компостування оч!кувано буде активувати утворення компосту.
Про актившсть мшрооргашзм!в можна судити за !нтенсивн!стю !х дихання (споживання кисню або видшення вуглекислого газу). Представлен! на рис. 4 залежносп зм!ни концентрац!!' СО2 в простор! реактора вщ часу показово демонструють зм!ни активност сп!втовариства м!кроорган!зм!в в процес! компосту-вання.
Актившсть м!кроорган!зм!в значно вище в реактор!, що знаходиться в термофшьних умовах (реактор 3). В реакторах 2 ! 3 шк активносл припадае на перюд з другого по трет!й тиждень. П!ки ресшратор-но! активност! ствпадають з! зб!льшенням швидкост! деструкцп оргашчно! речовини.
б 5 4 3 2 %. со,
1 0 7 м- 4
0 1 2 3 4
Рис. 4. Змша емюп СО2 !з реактор!в протягом процесу компостування сумш!, яка компостуеться, в реакторах з мшробюлопчною добавкою в мезофшьному (2) та термофшьному режимах (3) в пор!внянш з контрольним зразком (1), % СО2
В перш! тижн! компостування мшрооргашзми активно розкладають легкодоступш сполуки, що приз-водить до збшьшення продукц!! СО2. Саме в цей перь од спостер!гаеться висока швидшсть мшерал!зацп
Scientific Messenger LNUVMB, 2018, уо1. 20, по 85
158
оргашчно! речовини та максимальне зниження вмюту розчинного орган1чного Карбону (рис. 5).
бочкових бактерш), проти 0,5 г/кг Нирогену в контрольному реактор! без додавання мшробюлопчно1 добавки. Характер змши вмюту загального Нирогену в сумш^ що компостуеться, практично щентичний для вах реактор1в (рис. 7).
%
// \ ч \ \ ■_____
г * // ■ 1
—6-1-2— -з-4-шждень
Рис. 5. Змша швидкосп втрат загального Карбону в сумш1, яка компостуеться, в реакторах з мшробюло-пчною добавкою в мезофшьному (2) та термофшьно-му режимах (3) в пор1внянн1 з контрольним зразком (1), % /тиждень
Оскшьки тки активносп в мезоф1льних та термо-фшьних умовах не сшвпадають, можна припустити, що в термофшьних умовах на третьому тижш бакте-р1альн1 колони починають бшьш активно розкладати складн оргашчн сполуки. На завершальному еташ зниження та стабшзац1я р1вня активносп свщчить про те, що ва доступн речовини в сумгш, що компостуеться, мшерал1зовано мжрооргашзмами. Таким чином, введения мжробюлопчно! добавки стимулюе пщвищення активносп сшвтовариства мжрооргашз-м1в на початкових стад1ях компостування - на протяз1 трьох тижшв, що свщчить про те, що саме в щ термь ни активно вщбуваеться деструкщя органiчноl части-ни сумiшi, що компостуеться.
Характер залежносп змiни кшькосп загального Карбону вщ часу компостування, представлений на рис. 5, приблизно однаковий для всiх трьох реакторiв: в першi 4 тижиi мiнералiзуеться бiльша кiлькiсть ор-гашчно1 речовини (близько 7%), попм Карбон спожи-ваеться незначно (3-4%). Максимальнi швидкосп споживання органiчних речовин у вах реакторах спостерiгалися пiсля другого тижня, причому внесен-ня мжробюлопчно1 добавки зб№шуе швидкiсть роз-кладання Карбону вдвiчi, що пiдтверджуе роль грун-тово! мiкрофлори в деструкцп оргашчно! частини сумш^ що компостуеться, в обох температурних режимах.
Сумарш втрати загального Карбону (рис. 6) були дещо значнiшi в реакторах 2 та 3 (21-22%), н1ж в реакторi 1 (близько 12%). Таким чином, загальш втрати i швидкiсть втрат загального Карбону бшьш вира-жен при використаннi мшробюлопчно1 добавки як в термоф№ному, так i в мезофшьному режимах, що свщчить про бшьшу ефективнiсть процесу компостування, на яку, очевидно, впливають бактерiальнi колони бiодобавки - вщповщно термофiльнi та мезофь льнi.
Змша вмюту загального Нiтрогену характеризуе динам^ мiнералiзацil Нiтрогенвмiстних речовин. Як видно з рис. 7, початковий вмют Нирогену в реакторах рiзний: найбiльша його к1льк1сть спостерiгаеться в реакторах 3 i 2 (2 та 1,5 г/кг), що можна пояснити присутнютю бактерiальних колонiй (можливо, буль-
Рис. 6. Змiна швидкосп втрат загального Карбону в сумш^ яка компостуеться, в реакторах з мшеральною
добавкою в мезофшьному (2) та термофшьному режимах (3) в порiвняннi з контрольним зразком (1), % /тиждень
4 г/кг
3
/ \
/ 2 N.
1 0 .....' 4:^1
*** X \
0 1 2 3 тиждень 4 5 6
Рис. 7. Змша швидкосп втрат загального Нирогену в сумш^ яка компостуеться, в реакторах з мжробюло-пчною добавкою в мезофшьному (2) та термофшьному режимах (3) в порiвняннi з контрольним зразком (1), г/кг в тиждень
Максимальш швидкосп втрати Нирогену у вах реакторах спостерйалися тсля другого тижня, причому в реакторах 2 i 3 вони були бшьше (3,5 г/кг в тиждень), шж в реакторi 1. Подiбнi змши вмюту загального Нирогену на початку компостування пов'язанi з активним розкладанням Нiтрогенвмiсних сполук та свщчать про присутнiсть нестабiльних речовин. В подальшому в усiх варiантах дослщу спостерiгалося зниження рiвня загального Нирогену, яке до кiнця шостого тижня склало 0,2-0,5 г/кг. В цшому, наприкь нцi компостування ва дослiджуванi зразки продемон-стрували вмют загального Нирогену нижче рiвня, який висуваеться до зрiлих (Tognetti et а1., 2007). Про-те необхщно зазначити, що рiвень Нiтрогену в зрших компостах змiнюеться в достатньо широкому дiапазо-нi та залежить вiд часу компостування та складу ви-хщних компонентiв. В нашому варiантi сумiш, що компостуеться, не мютила речовин, як1 характеризу-ються високим вмiстом Нiтрогену (гнiй, осади спч-них вод, бобовi культури рослин та iн.), що пояснюе знижену кiлькiсть Нiтрогену в готових компостах.
Сумарш втрати Нирогену (рис. 8) в реакторах 2 та 3 виявилися найбшьшими (близько 13 г/кг сухо1 маси,
Scientific Messenger LNUVMB, 2018, уо1. 20, по 85
159
яка компостуеться). В контрольному реактор! втрати Нирогену були меншими (8 г/кг сухо! маси, яка компостуеться). Таким чином, втрати Нирогену дещо збшьшуються при термофшьному компостуванш, проте ! в термоф!льному, ! в мезоф!льному режимах в раз! внесення мжробюлопчно! добавки деструкц!я оргашчно! речовини майже в 2 рази бшьша, н!ж в контрольному зразку.
Рис. 8. Зм!на швидкост! штегральних втрат загально-го Н!трогену в сумш!, яка компостуеться, в реакторах з мшробюлопчною добавкою в мезофшьному (2) та термоф!льному режимах (3) в пор!внянш з контрольним зразком (1), г/кг в тиждень
Зр!л!сть компосту ощнюеться за масовим сшввад-ношенням в ньому загального Карбону ! загального Н!трогену (С/Ы). Зг!дно з м!жнародними стандартами як!сний компост повинен мати С/Ы нижче 25. На рис. 9 наведено залежшсть змши С/Ы в!д тривалост! компостування. Вадношення С/Ы досягае м!н!мальних величин тсля другого тижня компостування ! дал! ютотно не зм!нюеться. К!нцеве сшввщношення С/Ы у вс!х одержаних компостах менше, н!ж 25, що свщчить про скорочення дозр!вання компосту при внесенш м!кроб!олог!чно! добавки приблизно вдв!ч!, врахову-ючи швидк!сть його змши.
40 еда
35 30
-----ч
25 ^^ о
20 3^
0 1 2 3 4 5
Рис. 9. Змши вадношення загального Карбону до загального Нирогену в сумш!, яка компостуеться, в реакторах з мшробюлопчною добавкою в мезоф!льному (2) та термофшьному режимах (3) в пор!внянш з контрольним зразком, г/кг в тиждень
Анал!з експериментального дослщження св!дчить про те, що штенсившсть деструкц!!' оргашчно! части-ни сум!ш! побутових вщход!в, що компостуеться, залежить в!д бактер!альних колон!й, одержаних з екстракту грунту, та збшьшуеться вдв!ч! як в мезофь
льних, так ! в термоф!льних умовах. Активн!сть тер-мофшьних м!кроорган!зм!в дещо вища, проте, врахо-вуюч! енергетичн! витрати на пщгр!вання сум!ш!, що компостуеться, можна рекомендувати компостування в мезоф!льному режим! з додаванням б!одобавки як ресурсозбериаючий зас!б компостування орган!чних в!дход!в.
Результати дослщження св!дчать про те, що !ндекс пророщування нас!ння редису поступово знижуеться з! зб!льшенням тривалост! компостування (рис. 10). Компост з шдексом пророщування менше, шж 80% вважаеться фиотоксичним, б!льше, н!ж 80% - зршим. П!сля 6 тижн!в компостування компости в реакторах 2 ! 3 характеризуються !ндексом пророщування б!льше, н!ж 100%, що свщчить про те, що компости не пльки вшьш в!д ф!тотоксин!в, але ! мають стимулюючу д!ю на пророщування.
Експериментальн! дан! дослщження дозволяють зробити висновок, що дозр!вання компосту в термо-фшьних умовах завершуеться швидше, н!ж в мезофь льних, а тривал!сть дозр!вання компосту при внесенн! м!кроб!олог!чно! добавки прискорюеться в 3,3 рази за термофшьних умов та в 2,1 рази - за мезофшьних.
постування в сум!ш!, яка компостуеться, в реакторах з мшробюлопчною добавкою в мезофшьному (2) та термофшьному режимах (3) в пор!внянш з контрольним зразком (1), %
Таким чином, температурний режим впливае на зршсть компосту на стад!!' пророщування та оцшки фиотоксичност! компосту, проте не на штенсившсть деструкц!! оргашчно! речовини, осшльки в мезоф!ль-ному режим! руйнуючу роль бере на себе мезоф!льна м!крофлора приблизно в однакому ступен! як в тер-моф!льному - термоф!льна м!крофлора.
Висновки
Таким чином, результати проведених досл!джень дозволяють зробити висновок про дошльшсть компостування рослинних вадход!в з мжробюлопчною добавкою як у випадку термоф!льного, так ! у випадку мезоф!льного компостування. Пер!од дозр!вання компосту при використанш м!кроб!олог!чно! добавки становить 6 тижшв. Показано, що бактер!альний комплекс прискорюе процес компостування орган!чно! складово! твердих побутових вадход!в в 3,3 рази за термофшьного режиму та в 2,1 рази за мезофшьних умов проведения процесу компостування, що свщчить
Зс1епй£к Messenger LNUVMB, 2018, vo1. 20, по 85 160
про ефектившсть його використання в процесах пере-робки твердих побутових в1дход1в з метою тдвищен-ня загального р1вня еколопчно! безпеки.
Перспективою подальших дослгджень е визначен-ня еколого-економ1чно! доцшьносп впровадження системи компостування оргашчно! частини твердих мунщипальних в1дход1в з додаванням мшробюлопч-них добавок на типовому для Укра!ни звалищ1 твердих мунщипальних в1дход1в в м. Одеса.
References
Gworek, B., Dmuchowski, W., Koda, E., Marecka, M., Baczewska, A., Br^goszewska, P., Sieczka, A., & Osinski, P. (2016). Impact of the Municipal Solid Waste Lubna Landfill on Environmental Pollution by Heavy Metals. Water, 8 (10), 470. doi: 10.3390/w8100470. Dzjad, O.V., & Cvjetajeva, K.V. (2015). Resajkling municypal'nyh vidhodiv u promyslovo rozvynenyh krai'nah svitu: porivnjal'nyj aspekt, Visnyk Dnipropetrovs'kogo universytetu. 7, 3-12. doi: 10.15421/181501 (in Ukrainian). Shmarin, S.L., Alekseevec, I.L., Filozof, R.S., Remez, N.S., & Denafas, G. (2014) Soderzhanie biorazla-gaemyh komponentov v sostave tverdyh bytovyh othodov v Ukraine, Ekologija i promyshlennost', 1, 79-83 (in Russian). Adani, F., Tambone, F., & Gotti, A. (2004). Biostabiliza-tion of municipal solid waste. Waste Management. 24(8), 775-783. doi: 10.1016/j.wasman.2004.03.007. Jouraiphy, A. (2005). Chemical and spectroscopic analysis of organic matter transformation composting of sewage sludge and green plant waste. International bi-odeterioration and biodegradation. 56, 101-108. doi: 10.1016/j.ibiod.2005.06.002. Yong, X., Guang-Ming, Z., & Zhao-Hui, Y. (2009). Continuous thermophilic composting (CTC) for rapid biodegradation and maturation of organic municipal solid waste. Bioresource Technology. 100(20), 48074813. doi: 10.1016/j.biortech.2009.05.013.
Kulcu, R., & Yaldiz, O. (2004). Determination of aeration rate and kinetics of composting some agricultural wastes. Bioresource Technology. 93, 49-57. doi: 10.1016/j .biortech.2003.10.007.
Gacenko, M.V. (2014). Kompostuvannja organichnoi' rechovyny. Mikrobiologichni aspekty.
Sil's'kogospodars'ka mikrobiologija. 19(1), 11-20. http://nbuv.gov.ua/UJRN/smik_2014_19_3 (in
Ukrainian).
Shac'kyj, V.V., & Povoloc'kyj, A.A. (2015). Osnovni vymogy do procesu ta biotehnichnoi' systemy kompostuvannja organichnoi' syrovyny. Visnyk Harkivs'kogo nacional'nogo tehnichnogo universytetu sil's'kogo gospodarstva imeni Petra Vasylenka. 157, 140-146. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vkhdtusg_2015 _157_26 (in Ukrainian).
Fierer, N., & Jackson, R.B. (2006). The diversity and biogeography of soil bacterial communities. PNAS. 103(3), 626-631. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/16407148.
Castaldi, P., Alberti, G., Merella, R., & Melis, P. (2005). Study of the organic matter evolution during municipal solid waste composting aimed at identifying suitable parameters for the evaluation of compost maturity. Waste Management. 25(2), 209-213. doi: 10.1016/j.wasman.2004.12.011.
Netrusov, A.I. (2005). Praktikum po mikrobiologii: uchebnoe posobie dlja studentov vysshih uchebnyh zavedenij. Akademija, Moscow, Russia (in Russian).
Neelesh, K., Arvind Aiya, M., Asif, S., Hirdesh, K., & Asad A. (2011). Physiological and Biochemical Changes During Seed Deterioration in Aged Seeds of Rice (Oryza sativa L.). American Journal of Plant Physiology. 6(1), 28-35. doi: 10.3923/ajpp.2011.28.35.
Samofalova, I.A. (2013). Laboratorno-prakticheskie zanjatija po himicheskomu analizu pochv: uchebnoe posobie. FGBOU VPO, Perm', Russia (in Russian).
Tognetti, C., Mazzarino, M., & Laos, F. (2007). Improving the quality of municipal organic waste compost. Bioresource Technology. 98, 1067-1076. doi: 10.1016/j.biortech.2006.04.025.
Scientific Messenger LNUVMB, 2018, vol. 20, no 85 161
