COMPOSTAREA DESEURILOR

Microorganismele şi organismele implicate în compostare

Substanţele organice, după distrugerea forţei de organizare a vieţii, coeziuninii şi a regenerării din ele, încep să se descompună imediat. Agenţii care determină procesele de descompunere care au loc pe parcursul compostării sunt în principal microorganismele de tipul:bacteria, ciuperci sau organisme de ordin superior (protozoare, pluricelulare). Din această ultimă categorie fac parte şi o serie de grupe de viermi, însa rolul dominant îl au microorganismele şi în special bacteriile. Microorganismele implicate în procesul de compostare pot fi: mezofile şi termofile.

Microorganismele mezofileCele care cresc cel mai bine la temperature între 25-300C

sunt dominante în masa de compostare în faza iniţială a procesului când temperaturile sunt relativ scăzute. Aceste organisme folosesc oxigenul disponibil pentru a transforma carbonul din materialele compostabile în vederea obţinerii de energie, producând astfel dioxid de carbon, apă şi caldură ca rezultat al proceselor metabolice.

Dacă grămada de compostare este suficient de mare pentru a izola straturile interne de temperatura mediului înconjurător şi nu au loc amestecări sau aerări artificial, cea mai mare parte din căldura produsă de microorganisme va fi reţinută în interiorul grămezii. În straturile central izolate, temperatura masei compostabile va creşte aproape peste nivelul de toleranţă al microorganismelor mezofile. Când temperatura tinde spre 450C , microorganismele mezofile sunt distruse sau devin inactive, aşteptând modificarea condiţiilor.

Microorganismele termofileCele care prefer temperaturi între 45-700C, devin active în

acest interval şi consumă materialele disponibile, înmulţindu-se rapid şi înlocuind mezofilele în cele mai multe secţiuni ale grămezii de compostare. Ele se dezvoltă de obicei, după 5-10 zile de compostare şi generează o cantitate de căldură mult mai mare decât mezofilele, temperaturile ce se ating în această perioadă

fiind suficient de ridicate pentru a inactiva cei mai mulţi agenţi patogeni şi seminţe de buruieni.

III.1.2.1Rolul central al bacteriilor în compostareCea mai obișnuită formă de compostare, compostarea

aerobă, are loc în prezenţa oxigenului. Bacteriile aerobe au nevoie ca suport nutritiv de un amestec cu aproximativ o parte de azot la cel puțin 30 dar nu mai mult de 70 de părți de carbon. Pentru bacteriile aerobe este necesară prezenţa apei în proporţie de cel puţin 40 dar nu mai mult de 60%şi o aprovizionare cu oxigen din belşug. În absenţa unuia din aceşti patru factori, procesul de compostare eşuează. Produsele compostării aerobe sunt vaporii, dioxidul de carbon şi materialul organic descompus, numit humus.

Compostarea anaerobă, denumită şi fermentare anaerobă, are loc în absenţa oxigenului. Bacteriile anaerobe trăiesc în absenţa oxigenului şi pot consuma amestecuri cu o proporţie mai mare de azot şi cu o proporţie mai mică de carbon. Fermentarea anaerobă poate avea loc de asemenea la nivelele mai mari de umezeală. Produsele fermentării anaerobe sunt metanul şi materialul organic descompus. Pentru a recupera gazul, sistemele anaerobe sunt închise într-o incintă sub presiune.

Bacteriile compostatoare acţionează la suprafaţa materiilor compostabile. Acestea înseamnă că procesul de compostare are loc în condiţii mai bune în cazul particulelor mai mărunte de material compostabil şi mai nefavorabil în cazul bucăţilor mari de material organic. Din acest motiv, este necesară adeseori mărunţirea sau dezintegrarea înaintea compostării, pentru a permite o descompunere bacteriană adecvată.

Bacteriile şi fungii necesari pentru descompunere pot fi clasificaţi ca: mezofili sau termofili.

III.1.2.2.Fungii Au un rol important, dar pe parcursul compostării, când

grămada începe să se usuce, deoarece aceştia pot tolera mai uşor decât bacteriile mediile cu umiditate redusă. Unele tipuri de fungi pot necesita o cantitate mai mică de azot comparative cu bacteriile, fiind astfel apte pentru descompunerea materialelor celulozice pe care bacteriile nu le pot descompune. Deoarece

fungii sunt activi în grămezile de compostare, s-a atras atenţia asupra dezvoltării unor specii optime, în mod particular cele aparţinând genului Aspergillius.

Datele cele mai recente din literatura de specialitate arată că Pseudomonas aeruginosa este cel mai răspândit microorganism în procesul de compostare.

În funcţie de compoziţia amestecului de reziduuri supus compostării pot interveni anumite microorganisme. Astfel, la biodegradarea hemicelulozelor participă o serie de bacterii şi fungi cum ar fi: Acetobacter xylinum, Trichoderma konigii, care sintetizează endoxilanaza, Cryptoccocus albidus, Bacillus, Thermotoga sp, pentru P-xilozidină; Sporotricum purpurescens pentru d-L-arabinofuranoză; Aapergillus tamarii pentru p-galactoziadă; Aeromonas hzdrophila, Pseudomonas şi Streptomyces pentru monozidare.

Microorganismele ce degradează lignina acţionează în mod diferit asupra componentelor materialului vegetal.

Utilizarea lor este limitată de acţiunea nespecifică faţă de substrat. S-a constatat că cele mai eficiente microorganisme care manifestă activitate lignolitică sunt Phanerochaete chrysosporum, ce aparţine fungilor putregaiului alb şi bacteriile aerobe din speciile Pseudomonas, Acinetobacter şi Xanthomonas.

În compostul termofilic se găsesc şi bacterii gram pozitive cum sunt: Staphylococcus aciuri, Enterococcus gallinarum, Bacillus cereus, Bacillus sphaencus, Bacillus brevis.

Alte bacterii întâlnite în procesul de compostare sunt: Bacilius mesentericus, Bacterium fluorescens, Bactehum vulgarae, Micrococcus luteus, Micrococcus sulfureus, Streptococcus pyogenes, etc. bacterii nitrificatoare, mixobacterii şi bacterii patogene.

Dintre ciupercile (fungi şi micromicete) care participă la descompunera restului de materie organică putem aminti: Mucor, Circinella, Thamnidium, Helicostylum, Absidia, Motierela, Chaetocladium, Microacus, Chaetomium, etc.

Se observă deci existenţa unei game variate de microorganisme care iau parte la procesul de compostare asigurând obţinera substanţelor nutritive necesare formării compostului.

Microorganismele de fotosinteză utilizează energia luminoasă pentru procesele de oxido-reducere, existând următoarele procese de descompunere a rezidurilor organice:

CatalizaReziduu organic + O2 Microorganisme aerobe +CO2 + H2O bacteriană

acceptori catalaza Reziduu organic Microorganisme +CO2 + CH4

+H2O de H2 bacteriană anaerobe

cataliza Reziduu organic Microorganisme de + CO2 + H2 O fotonică fotosinteză

III.1.2.3.Condiţiile de mediu necesare activităţii microorganismelor

Condiţiile de mediu au mare importanţă pentru supraveţuirea şi dezvoltarea microorganismelor. Condiţiile optime se referă la un interval mic al temperaturii şi a valorii pH-ului, chiar dacă microorganismele pot supraveţui în limite mult mai largi.

În funcţie de intervalul de temperatură în care se dezvoltă cel mai bine, bacteriile se împart în

psihrofile (intervalul -10 -300C, temperatura optimă fiind de 150C)

mezofile (intervalul 20-400C temperatura optimă 350C )şi

termofile (în intervalul 45-750C şi temperatura optimă 550C ).

pH-ul poate varia între 6-9, activitatea optimă fiind între 6,7-7,5.Umiditatea este un alt factor de mediu, esenţial pentru microorganisme.

În procesele de compostare, umiditatea reziduurilor organice trebuie cunoscută şi reglată prin adăugarea de apă în anumite

perioade, pentru a obţine o activitate bacteriană optimă. De asemenea, conversia biologică a reziduurilor organice se produce când sistemul biologic atinge starea de echilibru dinamic. Pentru acestea, în mediul respectiv nu trebuie să existe metale grele, amoniac, sulfuri, sau alţi constituenţi toxici, în concentraţii capabile să inhibe activitatea microorganismelor.

III.1.2.4.Cerinţe de nutrienţi şi factorul de creştere al microorganismelor

Nutrienţii anorganici necesari pentru microorganisme sunt: N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na, Cl, şi de mai mică importanţă Zn, Mn, Se, Co, Cu, Ni. Unele microorganisme au nevoie şi de nutrienţi numiţi şi factori de creştere , care sunt amestecuri cerute de organisme precursoare sau constituenţi ai materialului organic celular şi care nu pot fi sintetizate din alte surse de carbon.

Deşi cerinţele faţă de factorii de creştere diferă de la un organism la altul, cei mai importanţi sunt: aminoacizii, purinele, pirimidinele şi vitaminele.

Nutriţia microbiană în procese de conversie de conversie biologică. Obiectivul major în mai multe procese biologice îl reprezintă conversia materiei organice din deşeuri într-un produs fianl stabil. În acest scop, organismele chemoheterotrofe sunt de primă importanţă deoarece folosesc compuşi organici ca sursă de energie şi carbon. Fracţia organică a deşeurilor solide municipale conţine cantităţi adecvate de nutrienţi şi necesită un aport suplimentar de nutrienţi care să asigure o bună dezvoltare a bacteriilor şi o degradare corespunzătoare a deşeurilor organice.

III.1.2.5.Organisme implicate în compostareTipurile de organisme animale implicate în degradarea

deşeurilor organice aparţin mai multor grupe sistematice. Există peste 35 de specii de animale care trăiesc pe seama deşeurilor de natură vegetală şi animală participând direct sau indirect la reciclarea lor. Dintre acestea 9 specii fac parte din încrengătura Annlida , clasa Oligochaeta şi sunt specii humificatoare şi 26 de specii fac parte din încrengătura Arthropoda, clasa Insecta, aparţinând la 4 familii: Histerinae, Scarabaeidae, Staphylinidae,

speciicopofrage, necrofage, detritivore sau cu regim de hrană mixt.

Principalele organisme care contribuie la transformarea deşeurilor biodegradabile în humus sunt râmele (încrengătura Annelida-clasa Oligochaeta), care folosesc în procesul de nutriţie diverse tipuri de deşeuri organice ce au trecut etapele procesului de fermentare. Dintre acestea principalele specii de râme implicate sau care pot fi utilizate la viermicultură şi obţinere de biohumus sunt: Eisenia foetida, Lumbricus terestris, Lumbricus castaneus, Lumbricus rubellus, Dendrobaena veneta, etc. Cea mai utilizată specie pe plan mondial este Eisenia foetida cunoscută şi sub numele de "Hibrid Roşu de California".

Eisenia foetida are corpul cilindric, lung de 4-13 cm şi cu un diametru de 2-4 mm, greutatea sa este de 1,4 grame. Corpul este format din 80-100 de segmente triinelate secundar, este de culoare variabilă: purpurie, roşie, roşu-închis, roşu brun. Poate fi uniform colorată sau poate prezenta dorsal benzi de clitelul este circular dispus pe segmentele 24-32 rar pe segmentul 33 (ocupă 7-9 segmente). Prezintă 4 perechi de vezicule seminale în segmentele 9-12 şi două perechi de receptacule seminale în segmentele 9 şi 10. Este specie detritivoră, humificatoare cu o capacitate mare de reproducere. Trăieşte în medie 1-2 ani, dar poate atinge longeviatatea de 4-5 ani. Se reproduce sexuat şi poate depune anual până la 900 de ouă. Atinge maturitatea sexuală după circa 6 luni. Un individ produce în medie 1 gram de humus pe zi. Creşterea ei a fost studiată şi perfecţionată în scopul obţinerii humusului, în inteprinderile de bio-reciclare a deşeurilor vegetale. Spre deosebire de râma comună (de pământ) prezintă următoarele avantaje:

-trăieşte la suprafaţa solului, sau aproape de suprafaţă;-este mai puţin sensibilă faţă de lumină, datorită pigmentării

puternice;-se hrăneşte predominant cu resturi vegetale în

descompunere;-devine matură reproductiv la aproximativ 179 de zile;-depune 79-106 coconi/an/individ;-iarna hibernează în sol, în mici caverne globulare, la mică

adâncime (40-50 cm);-primăvara revine la suprafaţă în stratul de frunze;

-dacă are hrană suficientă nu migrează;-prin consumarea resturilor vegetale, generează un compost

de culoare neagră-brună, de calitate bună.

III.1.3.Biochimia compostării

Caracterizarea biochimică a deşeurilor iniţiale are drept obiectiv aprecierea comportamentului în cadrul tratamentului acestora pentru compostare. Deşeurile sunt constituite din apă şi substanţă uscată, iar acesta la rândul ei este alcătuită dintr-o fracţiune minerală şi una organică. Aceste fracţiuni sunt în majoritate în stare solidă şi mai puţin în stare lichidă. Astfel, se evidenţiază mai ales reziduurile uscate şi mărunţite.

Deşeurile organice rezultă din procese naturale sau industriale de transformare a materiei organice conţinută de celulele organismelor vii sau moarte, de origine vegetală sau animală. Vegetalele se caracterizează prin conţinut bogat în glucide cum ar fi: celuloza, pectinele, hemicelulozele, şi ligninele, aceştia fiind principalii constituenţi ai pereţilor celulari, în detrimentul lipidelor şi proteinelor. Pectinele şi hemicelulozele sunt biodegradabile, pe când celulozele şi ligninele sunt mai greu degradabile. Totuşi aproape toate nucleele aromatice ale ligninelor se pot transforma în substanţe humice. Materia organică animală se caracterizează prin conţinut bogat în proteine, iar absenţa membranei scheletice rigide a celulelor, explică marea lor biodegrabilitate.

Transformările biochimice ale reziduurilor în vederea tratării lor pentru compostare sunt realizate în două etape principale:

fermentarea substratului secundar; maturarea acestuia.

III.1.3.1.Etapa de fermentare Aceasta se caracterizează, din punct de vedere biochimic,

prin degradarea materiei organice de către microorganisme. Transformările au loc cu o viteză mare şi predomină în prima parte a procesului.

Compostul nu poate fi utilizat în agricultura decât în stare finită (maturat). Deşeurile proaspat măcinate sunt foarte active şi pot fi utilizate, uneori, ca pături calde pentru culturile de iarnă,

sau primavară.Deşeurile transformate în compost maturat sunt apte din

punct de vedere igienic şi numai acestea pot fi utilizate în agricultură făra inconveniente de ordin sanitar. Un compost poate fi considerat matur în momentul când activitatea microorganismelor este redusă la minimum. Determinarea maturităţii se face prin determinarea consumului de O2 (sau a producţiei de CO2 ) prin încercari pe plante, prin analiza structurii fizice, etc.

În procesul de compostare se urmăreste obţinerea unei temperaturi ridicate pentru distrugerea microbilor patogeni şi producerea materiilor coloide de natură termică. Aceste două procese se datoresc acţiunii microorganismelor asupra materiilor organice din reziduuri în condiţiile optime ale mediului de temperatură, de aer, apă.

Principalele faze care apar în procesul de fermentare al deşeurilor sunt urmatoarele:

-faza latentă: corespunde perioadei de timp necesar colonizării microorganismelor în noul mediu creat; aceasta faza începe practic din perioada de depozitare în recipienti de precolectare şi colectare şi dureaza pânî la începerea creşterii temperaturii;

-faza de creştere: este cea de mărire a temperaturii şi depinde de compoziţia deşeurilor, umiditate, aer;

-faza termofilă: reprezintă perioada corespunzatoare celei mai înalte temperaturi; această fază poate dura perioade mai lungi sau mai scurte, după cum se acţionează asupra mediului cu aer sau apă, în funcţie de cantitatea de substanţe organice fermentabile şi de gradul de izolare termică realizat. În faza termofilă se poate acţiona mai eficient asupra fermentării.

-faza de maturizare sau de descreştere: corespunde unei fermentări secundare, lente, favorabilă umezelii, respectiv transformării unor compuşi organici în humus sub acţiunea microorganismelor.

Compostul este bine să fie utilizat în agricultură la sfârşitul fazei termofile când produsul este mai bogat în substanţe organice. Maturizarea excesivă în depozit, duce la o mineralizare prea avansată a acestuia ceea ce face să-ţi piardă din efectele sale favorabile solului. De aceea se admite în general un timp de

maximum 3 luni pentru mentinerea compostului în depozit.În cursul fermentării, materiile organice din deşeuri

facilitează două acţiuni simultane şi antagoniste în care intra carbonul şi azotul şi care duce la mineralizarea substanţelor biodegradabile, ducând pe de o parte la producerea de bioxid de carbon şi amoniac iar pe de altă parte la formarea humusului, al cărui rol este foarte important pentru menţinerea proprietaţilor fizice, chimice şi biologice ale solului.

III.1.3.2.Etapa de maturare. Aceasta este caracterizată, prin dezvoltarea unor

transformări biochimice datorate nu numai activităţii biologice, ci şi unor procese fizico-chimice. Aceste transformări sunt lente şi devin predominante în a doua parte a compostării. La începutul procesului, în condiţii de mediu favorabile (aerobioză, umiditate şi temperatură suficientă) microorganismele consumă materia organică cea mai uşor biodegradabilă şi colonizează progresiv mediul. Creşterea activităţii microbiene este însoţită de producerea de căldură, din care o parte se acumulează în mediu şi contribuie la încălzirea materialului.

Temperaturile iniţiale de 10-300C , vor creşte şi depăşi 500C, putând atinge chiar 800C Microorganismele cele mai reprezentative sunt bacteriile, care prin activitatea enzimatică favorizează asimilarea moleculelor organice mai puţin biodegradabile (celuloze, lignine).

Stabilitatea temperaturii din mediu este indicativul echilibrului termic între producţia şi degajarea de căldură. Temperaturile ridicate sunt responsabile de efectele uscării şi igenizării deşeurilor. Temperaturile mai scăzute şi umiditatea insuficientă pot determina diminuarea activităţii microbiologice a mediului, iar dacă acest lucu se produce înainte de a epuiza materia organică cea mai biodegradabilă, se va obţine un compost semistabil. Printr-un raport suficient de apă se poate relua această activitate. Astfel, controlul permanent al temperaturii şi al umidităţii permite eliminarea totală a materiei organice biodegradabilă şi obţinerea unui produs stabil.

Privind în ansamblu structura deşeurilor supuse compostării se poate spune că cei mai reprezentativi constituenţi chimici sunt:

hemicelulozele, ligninele, celulozele, pectinele, proteinele şi lipidele.