Кінцева ціль компостування — розкласти органічні речовини з одночасним синтезом біомаси мікроорганізмів, що забезпечує збереження азотистих речовин за рахунок їх переходу з аміачної та нітратної форм у білкову, одержати однорідний за структурою та якістю субстрат, звільнити компоненти компосту від шкідливих речовин, деяких мікроорганізмів і шкідників та збагатити продукт мінеральними поживними речовинами, відсутніми у вихідній органічній сировині.
Основні фактори, що впливають на процес компостування: вологість, наявність достатньої кількості поживних речовин, що забезпечується раціональним співвідношенням вуглецю і азоту (C: N), реакція середовища рН; температура, дисперсність суміші; подача повітря.
Під час компостування вода необхідна для гідролізу органічних речовин суміші, це полегшує їх використання у процесі життєдіяльності мікроорганізмів. На практиці рекомендована вологість сировини повинна становити від 50 до 75%. Недостатня вологість зменшує активність мікробіологічних процесів, а надлишкова обмежує доступ кисню до мікрофлори через заповнення структурних порожнин між частками сировини. Надмірна вологість усувається додаванням біологічних матеріалів, які поглинають вологу, а саме соломи, тирси, лушпиння та бадилля соняшнику, стебел кукурудзи. Якщо вологість сировини менше 50%, додається вода.
Активність мікроорганізмів залежить від складу компостної суміші та її збалансованості в поживних речовинах. Основні біогенні елементи — вуглець, азот і частково фосфор. Оптимальне початкове співвідношення вуглецю до азоту С: N повинно бути від 25–30 до 1. Якщо співвідношення С:N більше за 30:1, то відбувається тривале окислення через надлишковий вуглець, яке можна усунути, наприклад, додаванням зеленої маси трав. Якщо С:N менше 20:1, то азот втрачається у вигляді аміаку і, відповідно, посилюються запахи. Вирівнювання досягається додаванням до суміші соломи, соняшникового лушпиння, стебел кукурудзи, некондиційного сіна.
Реакція середовища повинна бути близькою до нейтральної. Оптимальні значення рН — від 6 до 8. Коригування виконується додаванням гіпсу, доломітового борошна, фосфогіпсу, інших інгредієнтів.
Температура — базовий параметр, який впливає на активність мікроорганізмів. У результаті окислювальних процесів значної кількості суміші вивільнюється теплова енергія, що підтримує життєдіяльність мікрофлори. Під час компостування різні групи мікроорганізмів визначають температурні режими, які ділять процес на три фази:
- самозігрівання — мезофільно-термофільна (від 40 до 50°С);
- стабільно високих температур — термофільна (від 50 до 55°С);
- поступового охолодження — мезофільна — (менше 35°С).
Мезофільний термічний режим характеризується незначними швидкостями біохімічних перетворень і розпаду органічних речовин та, відповідно, тривалим процесом переробки. Термофільний режим (вище 50°С) забезпечує швидкий розпад органіки, а також завдяки високим температурам знищує патогенну мікрофлору та пригнічує схожість насіння бур’янів.
Дисперсність суміші визначає швидкість аераційних процесів. Чим менший розмір часток, тим щільніша суміш, що може гальмувати процес компостування. Для стеблових відходів (соломи, стебел кукурудзи та соняшнику) рекомендується розмір часток до 50 мм.
Аерація компостної суміші киснем забезпечує необхідне дихання мікроорганізмів і непереривність процесів окислення. Мінімальна концентрація об’ємного кисню — 5%, а оптимальна — від 10 до 15%. Основні функції аерації: видалення двоокису вуглецю та надлишкової вологи, видалення тепла та забезпечення подачі свіжого повітря у кількості, необхідній для підтримання процесу ферментації. Аерація виконується періодичним розпушуванням компостної суміші мобільними технічними засобами або подачею повітря у субстрат вентиляційним обладнанням у стаціонарних умовах.
У природних умовах при збалансованих сумішах терміни компостування становлять до 4 місяців, а в інтенсивних (прискорених), за рахунок насичення сумішей киснем, — від 7–15 днів до 2 місяців. Якщо суміші не збалансовані, температурні режими відповідають психрофільному режиму (температура менше 18–20°), без насичення киснем повітря, то процес ферментації-компостування теж відбудеться, але в термінах місяців і років. При цьому втрати хімічних речовин і сполук максимальні, а отриманий продукт називають перегноєм.
Основний напрям розвитку систем компостування — забезпечення екологічної безпеки довкілля та агротехнічних викликів: зменшення впливу неприємних та парникових газів, шкідливих речовин і токсинів, підвищення родючості ґрунтів, знешкодження насіння бур’янів. Методами компостування, які пропонується для впровадження, вирішуються проблеми скорочення тривалості процесу ферментації, ефективного використання простору, зменшення впливу навколишнього середовища (температура, опади, вітер), підвищення ефективності ферментації за рахунок використання більш досконалого технічного обладнання і споруд.
Вибір методу компостування визначається стратегічною метою замовника — екологічною безпекою навколишнього простору, необхідністю одержувати товар або проводити ресурсоощадні заходи, а також фінансовою спроможністю власника. Найбільш прості та популярні технології компостування на відкритих механізованих майданчиках. При цьому технологічне забезпечення нескладне, доступне за матеріальними витратами. Бурт розглядається як форма забезпечення ефективного саморозігрівання компосту під дією мікроорганізмів та зберігання тепла. Ферментаційні споруди закритого типу (камери, біореактори) використовуються для одержання товарної продукції із більш гарантованою якістю та екологічною безпекою.
Технологія компостування складається із наступних стадій:
- підготовка вихідних компонентів суміші;
- процес ферментації;
- дозрівання компосту.
Перша стадія передбачає балансування вихідних показників компостних сумішей за вмістом поживних речовин, вологістю та структурою. За допомогою технічних засобів забезпечується кількість і види органічної сировини, яка укладається у бурти, штабелі, купи.
Стадія ферментації включає управління технологічними параметрами, дозування необхідних інгредієнтів органіки, періодичні розпушування. Контроль за процесом компостування проводиться на основі виміру часу зростання температури субстрату до 40–50°С, її стабілізації в межах від 50 до 60°С та початку її зниження. Процес наростання температури суміші вказує на наявність раціональних умов, які забезпечують достатню активність мікроорганізмів. Стабілізація її і витримка упродовж певного часу знищує патогенну мікрофлору, інактивує насіння бур’янів. Початок зниження температури визначає зміну умов у забезпеченні мікрофлори киснем, необхідності відводу тепла, вологи, двоокису вуглецю та свідчить про потребу проведення розпушування суміші. Періодичність його виконання залежить від хімічного складу суміші, сезону, кліматичних умов і становить від
7 до 15 днів. Кількість розпушувань у процесі компостування — від 4 до 6 разів.
У стаціонарних спорудах для ферментації аерація суміші виконується нагнітанням повітря у камеру ферментації через спеціальні отвори в бокових стінках та підлозі. Процес відбувається упродовж 18–23 днів. Подальша ферментація після ферментаційних споруд передбачає різні доопрацювання, залежно від призначення субстрату.
Третя стадія — дозрівання компосту, що має місце при компостуванні у буртах або купах. Характеризується низькими температурними процесами, мінімальним споживанням кисню. Процес контролю за компостуванням у цей час виконується шляхом спостереження за зміною вологості субстрату під дією внутрішнього і зовнішнього тепла. Оптимальна вологість компосту — від 60 до 65%.
Геннадій ГОЛУБ, завідувач кафедрою тракторів, автомобілів та біоенергосистем НУБіПУ, доктор техн. наук, професор
Сергій ПАВЛЕНКО, старший науковий співробітник НУБіПУ, канд. техн. наук, доцент
Олег ГАЙДЕНКО, учений секретар Кіровоградської ДСГДС НААН, канд. техн. наук, с. н. с.
