Теоретическое обоснование. Компостирование – это биологический метод обезвреживания твердых бытовых отходов

Компостирование – это биологический метод обезвреживания твердых бытовых отходов, форма переработки сырой органической массы. Компостированию подвергаются отходы сельского хозяйства, пищевой промышленности, коммунального хозяйства и другие органические отходы, образующиеся в процессе переработки сырья.

В процессе компостирования принимают участие множество бактерий – более 2000 и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна температура ниже 20⁰С, для мезофилов – от 20 до 40⁰С и термофилов – свыше 40⁰С. Микроорганизмы, которые преобладают на последней стадии компостирования, являются, как правило, мезофилами.

Хотя количество бактерий в компосте очень велико, 10⁸ -10⁹ клеток на грамм влажного компоста, из-за малых размеров (1-8 мкм) они составляют меньше половины общей микробной биомассы. Некоторые виды образуют эндоспоры, которые выдерживают значительные температуры и высушивание. Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии и грибы, и на ранних стадиях компостирования не составляют им конкуренции. Они более заметны на поздних стадиях, когда их становится много, налет белого или серого цвета, типичный для актиномицетов, отчетливо виден на глубине 10 см от поверхности компостируемой массы. Их численность ниже численности бактерий и составляет 10⁵ – 10⁸ клеток на грамм свежего компоста. Грибы играют важную роль в деструкции целлюлозы, и состояние компостируемой массы должно регулироваться таким образом, чтобы оптимизировать активность этих микроорганизмов. Важным фактором является температура, так как грибы погибают, если она поднимается выше 55⁰ С. После понижения температуры они вновь распространяются из более холодных зон по всему объему.

Органические отходов промышленного, сельскохозяйственного или коммунального происхождения представляют собой смесь сахаров, белков, жиров, гемицеллюлозы, целлюлозы, лигнина и неорганических солей в широком интервале концентраций, состав которых приведен в таблице 24:

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

Компостирование представляет собой процесс синтетический и деструктивный одновременно.

Таблица 24

Содержание основных компонентов в органических отходах

Фракция	Содержание, %
Водорастворимые соединения (сахара, крахмал, аминокислоты, аммонийные соли)	2-30 %
Соединения, растворимые в эфире и спирте (жиры, масла, воска)	1-15 %
Белок	5-40%
Гемицеллюлоза	10-30 %
Целлюлоза	15-60 %
Лигнин	5-30 %
Зола	5-25 %

Лабораторная работа №10.1

Переработка сельскохозяйственных отходов с использованием целюлозоразрушающих и азотфиксирующих микроорганизмов

Получение накопительных культур

микроорганизмов, разрушающих целлюлозу (клетчатку)

В природе разложение целлюлозы – это сложный комплексный процесс, происходящий при участии сообщества микроорганизмов, в состав которого входят микроорганизмы, разлагающие целлюлозу, и микроорганизмы-спутники, использующие продукты распада.

В анаэробных условиях разложение целлюлозы осуществляется анаэробными бактериями рода Clostridium. При этом образуется много органических кислот (уксусная, янтарная, молочная, масляная, муравьиная) этиловый спирт, углекислый газ и водород.

В отличие от процесса анаэробного разложения целлюлозы, который осуществляется только бактериями, в аэробных условиях клетчатку разлагают многие микроорганизмы разных систематических групп: бактерии, миксобактерии, актиномицеты, грибы.

В кислых лесных почвах главная роль в превращении целлюлозы принадлежит грибам (р.Trichoderma, р. Aspergillus, р. Penicillium и др., базидиальные грибы).

В почвах под травянистой растительностью, в степных и луговых ландшафтах в разложении целлюлозы помимо грибов участвуют миксобактерии, актиномицеты, вибрионы р. Cellvibrio.

В анаэробных условиях глюкоза сбраживается в основном по типу маслянокислого брожения. В аэробных условиях глюкоза окисляется микроорганизмами до оксикислот, а затем – до конечных продуктов – углекислого газа и воды.

Для получения целлюлозоразрушающих аэробных бактерий используют среду Гетгинсона (г/л): КН₂РО₄ -0,1; NaCl – 0,1; CaCl₂ – 0,1; TeCl₃ – 0,1; MgSO_4· 7H₂O; NaNO₃ – 2,5; агар-агар -2 %.

Среду разливают в чашки Петри и на поверхность выкладывают фильтровальную бумагу, вырезанную по размеру чашки Петри и предварительно простерилизованную.

Стеклянной палочкой с оттянутым концом на поверхность фильтра раскладывают параллельными рядами комочки почвы на расстоянии 1 см (по трафарету). Засеянные чашки Петри помещают в эксикатор над водой и ставят в термостат при 25-30 ⁰С.

Через 10-14 суток вокруг комочков почвы развиваются колонии целюлозоразлагающих микроорганизмов в виде желтых, зеленых, оранжевых и коричневых пятен. В местах образования колоний фильтровальная бумага разлагается, ослизняется, становится прозрачной. По морфологии можно дифференцировать колонии плесневых грибов, актиномицетов и бактерий. Принимая общее число высеянных комочков почвы за 100%, можно подсчитать в процентах число комочков почвы, давших колонии целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Из зон разрушения клетчатки готовят препарат «раздавленная капля» и описывают выделенные различные целлюлозоразлагающие микроорганизмы.

Для накопительной культуры анаэробных целлюлозоразлагающих бактерий используют среду, предложенную Имшенецким: мясо-пептонный бульон – 500 мл, СаСО₃ – 2 г, фильтровальная бумага – 15 г, водопроводная вода – 0,5 л.

Среду разливают высоким слоем в высокую пробирку. На дно опускают нарезанную полосками фильтровальную бумагу. Пробирки закрывают ватными пробками, затем пробирки стерилизуют и засевают комочком почвы или навоза. Инкубируют в течение 10-14 суток в термостате при 30-35⁰С для обнаружения мезофильных бактерий и при 60⁰С – для поиска термофильных бактерий.

Через 3-4 суток при 60⁰С в пробирках начинается процесс разрушения клетчатки, жидкость пенится, выделяется газ. Полоски фильтровальной бумаги желтеют, ослизняются, постепенно превращаясь в аморфную массу, и оседают на дно. При 30-35⁰С разрушение клетчатки происходит медленнее. Разрушенные массы клетчатки подвергаются микроскопическому анализу. Готовят фиксированный препарат.

На доступность азота органических удобрений значительное влияние оказывает соотношение С:N-NН₄. При соотношении С:N более 20-25 скорость разложения органических веществ снижается, а из-за интенсивного потребления азота развивающейся микрофлорой, может наблюдаться снижение урожая. В ряде случаев это происходит при внесении свежего подстилочного навоза, для получения которого использовалось большое количество соломы или опилок.

В свежем подстилочном навозе крупного рогатого скота соотношение С:N составляет 20-25, в полуперепревшем навозе – 10-20, в птичьем помете – 8-10.

Целюлозоразлагающие бактерии можно также выделить по методу В.Л. Омелянского. В колбу Эрленмейера объемом 100-150 мл наливают 30 мл питательной среды (на водопроводной воде), которая содержит 0,1% NН₄Cl, 0,05% К₂НРО₄. Среду заражают комочком почвы, и помещают на дно складчатый фильтр.

Колбу закрывают ватно-марлевой пробкой и оставляют на 2-7 суток. За это время на поверхности фильтровальной бумаги должны появиться желтые, бурые колонии миксобактерий, бумага ослизняется.

Дата добавления: 2015-08-10