Компост: идеальное решение для обогащения почвы

Компост — это мелкодисперсный, рыхлый материал, состоящий из разложившегося органического вещества. В основном он используется как питание для растений и почвоулучшитель для стимуляции роста культур. Хотя многие ассоциируют компостирование с небольшими садовыми кучами, которые перекапывают лопатой, большинство компоста производится на крупных муниципальных, промышленных или сельскохозяйственных предприятиях с использованием механизированного оборудования.

История

Выражение «старее грязи» определенно применимо к компосту. Природа производит компост миллионы лет как часть цикла жизни и смерти на Земле. Первое человеческое использование животного навоза — сырой формы компоста — датируется примерно 3000 г. до н.э. в Египте, когда его рассыпали прямо по полям как удобрение. Позже навоз смешивали с грязной конюшенной соломой и другим мусором, оставляя в кучах до необходимости. Дождь поддерживал влажность куч и способствовал разложению, давая богатый компост.

Греки и римляне знали ценность компоста для повышения урожайности и даже использовали тепло разлагающегося компоста для выращивания летних овощей зимой. Христианские монастыри сохранили искусство компостирования в Европе после падения Римской империи, и к 1200 году компост снова широко использовался фермерами. Шекспир упоминает его в нескольких пьесах начала 1600-х.

В США президенты Джордж Вашингтон и Томас Джефферсон были крупными землевладельцами в конце 1700-х — начале 1800-х. Когда они не занимались госделами, оба много времени уделяли инновационным сельскохозяйственным практикам, включая эксперименты с различными методами и материалами компостирования. По мере истощения питательных веществ в почве на Восточном побережье за счет многолетних посевов, компостирование стало широко распространенным. Эта тенденция продолжалась до начала 1900-х, когда оценивалось, что 90% удобрений в США приходилось на компост.

Всё изменилось в 1913 году, когда немецкая компания начала производить синтетические азотистые соединения, включая удобрения. Эти новые химические удобрения могли производиться дешевле, чем грязный компост из животного навоза, и фермерские компостные кучи быстро стали прошлым. К 1950 году оценивалось, что только 1% удобрений в США получалось из компоста.

Один известный исключением стал труд, начатый в 1942 году Д.Ай. Родеилом, пионером органического земледелия. Родеил был одним из первых, кто увидел опасности зависимости от синтетических удобрений и преимущества компоста из натуральных источников. Компостирование получило кратковременный импульс в экологически сознательную эпоху 1960-х, но настоящий бизнес-бум наступил в 1980-х. Этот рост был вызван не возрождением интереса к плюсам компоста, а растущей обеспокоенностью минусами мусора. Короче говоря, в попытках избавиться от отходов мы загрязняли воздух, отравляли реки и буквально закапывали себя в свалках.

Чтобы отвести часть коммунальных отходов со свалок, в начале 1970-х несколько городов создали пункты переработки, где люди могли сдавать банки, бутылки и газеты вместо выбрасывания в мусор. За этим последовало раздельный сбор у домов, где люди могли выносить перерабатываемые материалы в отдельных контейнерах. Наконец, многие города добавили дополнительные контейнеры для садовых отходов для компостирования. К 1992 году почти в 1500 городах работали объекты по компостированию садовых отходов.

В то же время жесткие новые экологические законы запретили промышленности просто сбрасывать отходы на окружающие земли или сбрасывать их в реки. Для соблюдения законов многие предприятия начали собственные программы переработки и компостирования. Экологические проблемы затронули и фермеров, которых обвиняли в негативном влиянии химических удобрений и пестицидов на людей и дикую природу. В результате многие фермеры решили сократить или исключить химию в пользу компоста.

Сегодня большинство компоста перерабатывается на крупных объектах, рассчитанных на конкретный тип сырья. Сельскохозяйственный компост обычно производят и используют на той же ферме, где получено сырье. Промышленный компост могут упаковывать в мешки для розничных покупателей или продавать сырье оптом другим компостным заводам. Муниципальный компост из садовых отходов обычно производят на объектах, эксплуатируемых городом или компанией по уборке мусора, и продают местным ландшафтным компаниям и садовым центрам.

Сырье

Технически компост можно получить из любого органического материала — любой части организма, растения или животного, содержащей углерод. Компосту также нужен источник азота, кислорода и воды, плюс малые количества различных элементов, обычно встречающихся в органике: фосфора, меди, калия, кальция и других.

Для того чтобы органические материалы соединились с другими компонентами и разложились в компост, нужны различные живые организмы и микроорганизмы. К ним относятся клопы-плавильщики, помогающие перерабатывать материал и переносить бактерии; дождевые черви, аэрирующие материал своими ходами; различные грибы, помогающие перерабатывать устойчивую к разложению целлюлозу; плеснеподобные бактерии актиномицеты, атакующие сырые ткани растений; и многие другие.

Наиболее распространенные сырьевые материалы — садовые отходы: покошенная трава, листья, сорняки, мелкие обрезки кустов и деревьев. Большинство домашних компостных куч и муниципальных объектов используют исключительно садовые отходы из-за большого объема доступного материала.

Промышленные компостные объекты склонны использовать отходы, образующиеся на конкретном заводе или в регионе. Например, сахарно-свекловичная касса смешивают с другими материалами для компоста в районах работы сахарных заводов. Обработанный хмель и зерно от пивоварен также дают отличный компост. Другие материалы: опилки и древесные щепки от лесопилений, рыбные отходы от консервных заводов, сухая кровь и дробленая кость со скотобойен.

Сельскохозяйственные компостные объекты используют материалы, доступные на ближайших фермах: животный навоз, использованную конюшенную солому, испорченные фрукты и овощи, полевое мусор, обрезки виноградников и садов, сгнивший сено и другие сельхозотходы.

Некоторые необычные сырьевые материалы: морские водоросли, куриное перо, арахисовая скорлупа, стриженные волосы.

Процесс производства

Производство компоста — это и механический, и биологический процесс. Сырье сначала должно быть разделено, собрано и измельчено механически, прежде чем начнется биологическое разложение. В некоторых случаях сам процесс разложения поддерживают механическим перемешиванием или аэрацией материалов. После разложения готовый компост механически просеивают и упаковывают для распределения.

Существует несколько методов крупномасштабного производства компоста. Метод метановой ферментации помещает сырье в большой герметичный контейнер для исключения кислорода. Полученное безкислородное разложение дает не только компост, но и метан, пригодный для готовки или отопления. Метод аэрируемых куч размещает сырье в кучах или траншеях с перфорированными трубами для циркуляции воздуха. Кислородное разложение выделяет много тепла, уничтожая большинство вредных бактерий. Метод валов (windrow) размещает сырье в длинных рядах, где оно разлагается естественным образом в течение нескольких недель или месяцев. Это самый дешевый метод. Ниже приведена типичная последовательность операций для переработки муниципальных садовых отходов в компост методом валов.

Разделение

• 1 Садовые отходы владельцы домов кладут в отдельные контейнеры, которые выставляют на тротуар в день регулярного сбора мусора. Населению объясняют, какие отходы допустимы: покошенная трава, листья, сорняки, мелкие обрезки кустов и деревьев. Короткие куски веток до 6 дюймов (15 см) в диаметре также допустимы. Неприемлемы: камни, дерн, животные экскременты, избыток земли. Пальмовые листья запрещены — шипы не разлагаются и ядовиты. Пищевые отходы, фрукты и овощи также запрещены — они привлекают грызунов, несут нежелательные семена и создают запахи.
• 2 Специальные мусоровозы собирают садовые отходы и везут на перерабатывающий центр, где сваливают в кучи. Кучи визуально осматривают, крупногабаритные и недопустимые материалы удаляют вручную.

Измельчение

• 3 Крупный колесный погрузчик забирает материал из куч и загружает в роторную дробилку. Дробилка имеет стационарную вертикальную внешнюю цилиндрическую оболочку с вращающейся внутренней цилиндрической оболочкой. Материал, проходя между оболочками, измельчается и тщательно перемешивается. Измельченный материал выпадает вниз и через сито, где отсеиваются крупные частицы. Оставшийся материал конвейером уходит в накопленную кучу.
• 4 Крупные фракции продают ландшафтным компаниям для мульчи или грунтового покрова без дальнейшей переработки. Остальное загружают в самосвалы и везут на компостную площадку, где сваливают в длинные ряды — валы. Каждый вал высотой 2–3 м и длиной несколько сотен метров с треугольным поперечным сечением. Между валами оставляют плоскую полосу ~3 м для проезда техники.

Компостирование

• 5 Компостная площадка может занимать несколько гектаров. После укладки вала материал увлажняют цистерной, движущейся вдоль и распыляющей воду. Вода помогает компостированию и минимизирует пыль.
• 6 Каждые несколько недель специальная машина перекрывает вал и проходит вдоль его длины, перемешивая и аэрируя материал. Это дробляет материал еще сильнее и обеспечивает доступ кислорода, ускоряя разложение. После переворота вал снова опрыскивают водой. Процесс длится два-три месяца. В жаркую сухую погоду валы могут поливать чаще. При разложении внутренняя температура кучи может достигать 130°F (54°C), что убивает многие семена сорняков.

Дозревание

• 7 Сырой компост погрузчиком забирают в большую коническую кучу, где он завершает разложение за несколько недель. Этот процесс называется дозреванием — он позволяет углероду и азоту в компосте прийти к конечным уровням.

Просеивание

• 8 После дозревания компост погрузчиком загружают в бункер роторного грохота. Это устройство — большой цилиндрический сито на наклонной оси. Отверстия сита ~1 см диаметром. Компост по конвейеру подается в поднятый конец вращающегося сита. Пока компост катится вниз, мелкая фракция просыпается через сито и конвейером уходит на склад. Крупная фракция, не прошедшая через сито, выпадает из нижнего конца цилиндра и либо возвращается в компостные кучи для доразложения, либо продается как древесные щепки.
• 

Распределение

• 9 Большую часть готового компоста погружают в самосвалы и продают оптом ландшафтным компаниям, муниципалитетам, питомникам и другим коммерческим клиентам. Часть упаковывают в полиэтиленовые мешки по 40 фунтов (18 кг) для розничной продажи владельцам домов. Методом валов типичное пригородное предприятие по переработке садовых отходов может производить до 100 000 тонн (91 000 т) компоста в год.

Контроль качества

Компостные компании регулярно тестируют готовый компост на отсутствие вредных веществ и правильное содержание питательных элементов. Измеряют размер частиц, уровень влаги, минеральный состав, соотношение углерод/азот, кислотность, питательную ценность, прорастание семян сорняков и многие другие факторы. Например, частицы отходов должны быть 0,5–2 дюйма (1,2–5 см) для обеспечения кислородного обмена. Влажность должна быть выше 40% для процесса компостирования. Уровень ниже 40% замедляет процесс и создает риск самовозгорания. Идеальное соотношение C:N — 30:1 по массе. Идеальный баланс поддерживает здоровую микробиальную популяцию, ускоряет разложение и минимизирует запах.

Вредные материалы

Компост из садовых отходов (листья, трава) редко содержит вредные вещества. Проблемы могут возникнуть при производстве из частично разделенного коммунального мусора, определенных промышленных отходов или сточных осадков. В таких случаях могут присутствовать неприемлемые уровни токсичных металлов, химикатов или патогенных бактерий.

Для защиты населения федеральное Агентство по охране окружающей среды (EPA) устанавливает допустимые уровни для тысяч материалов, которые могут быть в компосте. Каждый штат может иметь свои стандарты. Для коммунальных отходов разделение у источника — то есть сортировка жителями садовых отходов в отдельные контейнеры, а не выбрасывание со всем мусором — считается одним из самых эффективных способов получения чистого, безопасного компоста.

Будущее

Отделяя домашние садовые отходы и превращая их в компост, города могут сократить объем мусора на свалках примерно на 20%. Хотя это существенное снижение, ожидается, что в будущем придется отводить еще больше мусора. Материалы вроде загрязненной пищевой упаковки, подгузников, пищевых отходов, натуральных тканей, кусков дерева и других органических материалов тоже можно компостировать. Для этого муниципалитетам может потребоваться создать объекты по обработке твердых коммунальных отходов (MSW) для разделения компостируемых материалов от вредных: отработанных батарей, моторных масел, асбеста, бытовых химикатов.

В конечном итоге компостирование может стать способом утилизации и нейтрализации даже вредных материалов. Например, на нескольких старых военных заводах и складах боеприпасов почва заражена тротилом (TNT). Исследователи используют специально составленную компостную смесь из растительных отходов и буйвольего навоза для нейтрализации почвы биологическим компостированием, превращающим взрывоопасные органические компоненты тротила в менее вредные соединения.