Prinzip der organischen Kompostvergärung

1. Übersicht

Jede Art qualifizierter, qualitativ hochwertiger Bio-Kompostproduktion muss den kompostierenden Fermentationsprozess durchlaufen.Bei der Kompostierung handelt es sich um einen Prozess, bei dem organisches Material unter bestimmten Bedingungen durch Mikroorganismen abgebaut und stabilisiert wird, um ein für die Landnutzung geeignetes Produkt herzustellen.

Die Kompostierung, eine alte und einfache Methode zur Behandlung organischer Abfälle und zur Herstellung von Düngemitteln, hat aufgrund ihrer ökologischen Bedeutung in vielen Ländern große Aufmerksamkeit erregt und bringt auch Vorteile für die landwirtschaftliche Produktion mit sich.Es wurde berichtet, dass durch den Boden übertragene Krankheiten durch die Verwendung von zersetztem Kompost als Saatbett bekämpft werden können.Nach der Hochtemperaturphase des Kompostierungsprozesses kann die Anzahl der antagonistischen Bakterien ein sehr hohes Niveau erreichen, sie sind nicht leicht zu zersetzen, stabil und können leicht von den Pflanzen aufgenommen werden.Mittlerweile kann durch die Wirkung von Mikroorganismen die Toxizität von Schwermetallen in einem bestimmten Bereich reduziert werden.Es zeigt sich, dass Kompostierung eine einfache und effektive Möglichkeit ist, bioorganischen Dünger herzustellen, der der Entwicklung einer ökologischen Landwirtschaft zugute kommt. 

Warum funktioniert Kompost so?Im Folgenden finden Sie eine detailliertere Beschreibung der Prinzipien der Kompostierung:

 2. Prinzip der organischen Kompostvergärung

2.1 Umwandlung organischer Stoffe bei der Kompostierung

Die Umwandlung organischer Stoffe im Kompost unter Einwirkung von Mikroorganismen lässt sich in zwei Prozesse zusammenfassen: Der eine ist die Mineralisierung der organischen Materie, also die Zersetzung komplexer organischer Stoffe in einfache Stoffe, der andere ist der Humifizierungsprozess der organischen Stoffe. das heißt, die Zersetzung und Synthese von organischem Material, um komplexere, spezielle organische Substanz – Humus – zu erzeugen.Die beiden Prozesse laufen gleichzeitig ab, jedoch in entgegengesetzter Richtung.Unter verschiedenen Bedingungen ist die Intensität jedes Prozesses unterschiedlich.

2.1.1 Mineralisierung organischer Stoffe

• Zersetzung stickstofffreier organischer Stoffe

Polysaccharidverbindungen (Stärke, Cellulose, Hemicellulose) werden zunächst durch hydrolytische Enzyme, die von Mikroorganismen abgesondert werden, zu Monosacchariden hydrolysiert.Die Zwischenprodukte wie Alkohol, Essigsäure und Oxalsäure ließen sich nicht leicht ansammeln und bildeten schließlich CO₂ und H₂O und setzten viel Wärmeenergie frei.Bei schlechter Belüftung zersetzt sich das Monosaccharid unter der Einwirkung der Mikrobe langsam, erzeugt weniger Wärme und sammelt einige Zwischenprodukte an – organische Säuren.Unter der Bedingung gasabweisender Mikroorganismen können reduzierende Stoffe wie CH₄ und H₂ entstehen.

• Zersetzung aus stickstoffhaltiger organischer Substanz

Zu den stickstoffhaltigen organischen Stoffen im Kompost gehören Proteine, Aminosäuren, Alkaloide, Hummus usw.Mit Ausnahme von Humus sind die meisten leicht zersetzbar.Beispielsweise wird Protein unter der Wirkung einer vom Mikroorganismus abgesonderten Protease schrittweise abgebaut, produziert verschiedene Aminosäuren und bildet dann durch Ammoniumbildung und Nitrierung Ammoniumsalz bzw. Nitrat, die von Pflanzen aufgenommen und verwertet werden können.

• Umwandlung phosphorhaltiger organischer Verbindungen im Kompost

Unter der Wirkung verschiedener saprophytischer Mikroorganismen entsteht Phosphorsäure, die zu einem Nährstoff wird, den Pflanzen aufnehmen und nutzen können.

• Umwandlung schwefelhaltiger organischer Stoffe

Schwefelhaltiges organisches Material im Kompost, durch die Rolle von Mikroorganismen bei der Produktion von Schwefelwasserstoff.Schwefelwasserstoff reichert sich leicht in der Umgebung unangenehmer Gase an und kann für Pflanzen und Mikroorganismen giftig sein.Unter gut belüfteten Bedingungen wird Schwefelwasserstoff jedoch unter der Wirkung von Schwefelbakterien zu Schwefelsäure oxidiert und reagiert mit der Kompostbasis unter Bildung von Sulfat, wodurch nicht nur die Toxizität von Schwefelwasserstoff beseitigt wird, sondern auch Schwefelnährstoffe werden, die Pflanzen aufnehmen können.Bei schlechter Belüftung kam es zur Sulfatierung, die zum Verlust von H₂S und zur Vergiftung der Pflanze führte.Bei der Kompostvergärung kann die Belüftung des Komposts durch regelmäßiges Wenden des Komposts verbessert werden, sodass die Antischwefelung beseitigt werden kann.

• Umwandlung von Lipiden und aromatischen organischen Verbindungen

B. Tannin und Harz, ist komplex und zersetzt sich langsam, und die Endprodukte sind auch CO₂ und Wasser. Lignin ist eine stabile organische Verbindung, die Pflanzenmaterialien (wie Rinde, Sägemehl usw.) bei der Kompostierung enthält.Aufgrund seiner komplexen Struktur und seines aromatischen Kerns ist es sehr schwer zu zersetzen.Bei guter Belüftung kann der aromatische Kern durch die Wirkung von Pilzen und Actinomyceten in chinoide Verbindungen umgewandelt werden, die einen der Rohstoffe für die Humusresynthese darstellen.Natürlich werden diese Stoffe unter bestimmten Bedingungen weiterhin abgebaut.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Mineralisierung kompostierter organischer Stoffe schnell wirkende Nährstoffe für Nutzpflanzen und Mikroorganismen liefern, Energie für mikrobielle Aktivitäten bereitstellen und Grundmaterialien für die Humifizierung kompostierter organischer Stoffe vorbereiten kann.Wenn die Kompostierung von aeroben Mikroorganismen dominiert wird, mineralisiert die organische Substanz schnell, um mehr Kohlendioxid, Wasser und andere Nährstoffe zu produzieren, zersetzt sich schnell und gründlich und setzt viel Wärmeenergie frei. Die Zersetzung der organischen Substanz erfolgt langsam und oft unvollständig, wodurch weniger freigesetzt wird Wärmeenergie und die Zersetzungsprodukte sind zusätzlich zu Pflanzennährstoffen, es ist leicht, organische Säuren und reduzierende Substanzen wie CH₄, H₂S, PH₃, H₂ usw. anzureichern.Durch das Umkippen von Kompost während der Gärung soll also auch die Art der mikrobiellen Aktivität verändert werden, um Schadstoffe zu eliminieren.

2.1.2 Humifizierung organischer Stoffe

Zur Bildung von Humus gibt es viele Theorien, die grob in zwei Phasen unterteilt werden können: In der ersten Phase werden organische Rückstände zu den Rohstoffen zersetzt, aus denen die Humusmoleküle bestehen, in der zweiten Phase wird Polyphenol zu Chinon oxidiert durch die vom Mikroorganismus abgesonderte Polyphenoloxidase, und dann wird Chinon mit Aminosäuren oder Peptiden kondensiert, um Humusmonomer zu bilden.Da Phenol, Chinin und Aminosäuren vielfältig sind und die gegenseitige Kondensation nicht auf die gleiche Weise erfolgt, ist auch die Bildung von Humusmonomer unterschiedlich.Unter verschiedenen Bedingungen kondensieren diese Monomere weiter und bilden Moleküle unterschiedlicher Größe.

2.2 Umwandlung von Schwermetallen bei der Kompostierung

Der kommunale Schlamm ist einer der besten Rohstoffe für die Kompostierung und Vergärung, da er reichhaltige Nährstoffe und organische Stoffe für das Wachstum von Nutzpflanzen enthält.Aber kommunaler Schlamm enthält oft Schwermetalle. Zu diesen Schwermetallen zählen im Allgemeinen Quecksilber, Chrom, Cadmium, Blei, Arsen usw.Mikroorganismen, insbesondere Bakterien und Pilze, spielen eine wichtige Rolle bei der Biotransformation von Schwermetallen.Obwohl einige Mikroorganismen das Vorhandensein von Schwermetallen in der Umwelt verändern können, können sie Chemikalien giftiger machen und schwerwiegende Umweltprobleme verursachen oder Schwermetalle konzentrieren und sich über die Nahrungskette anreichern.Einige Mikroben können jedoch zur Verbesserung der Umwelt beitragen, indem sie durch direkte und indirekte Maßnahmen Schwermetalle aus der Umwelt entfernen.Die mikrobielle Umwandlung von HG umfasst drei Aspekte: Methylierung von anorganischem Quecksilber (Hg₂+), Reduktion von anorganischem Quecksilber (Hg₂+) zu HG0, Zersetzung und Reduktion von Methylquecksilber und anderen organischen Quecksilberverbindungen zu HG0.Diese Mikroorganismen, die anorganisches und organisches Quecksilber in elementares Quecksilber umwandeln können, werden als quecksilberresistente Mikroorganismen bezeichnet.Obwohl Mikroorganismen Schwermetalle nicht abbauen können, können sie die Toxizität von Schwermetallen verringern, indem sie ihren Umwandlungsweg kontrollieren.

2.3 Kompostierungs- und Fermentationsprozess

Kompostierung ist eine Form der Abfallstabilisierung, erfordert jedoch besondere Luftfeuchtigkeit, Belüftungsbedingungen und Mikroorganismen, um die richtige Temperatur zu erzeugen.Man geht davon aus, dass die Temperatur höher als 45 °C (ca. 113 Grad Fahrenheit) ist und damit hoch genug bleibt, um Krankheitserreger zu inaktivieren und Unkrautsamen abzutöten.Die Zersetzungsrate der restlichen organischen Substanz nach angemessener Kompostierung ist gering, relativ stabil und kann leicht von Pflanzen aufgenommen werden.Der Geruch kann nach der Kompostierung stark reduziert werden.

Am Kompostierungsprozess sind viele verschiedene Arten von Mikroorganismen beteiligt.Aufgrund der Veränderung der Rohstoffe und Bedingungen ändert sich auch die Menge verschiedener Mikroorganismen ständig, sodass immer keine Mikroorganismen den Kompostierungsprozess dominieren.Jede Umgebung hat ihre spezifische mikrobielle Gemeinschaft, und die mikrobielle Vielfalt ermöglicht die Kompostierung, um einen Systemkollaps zu verhindern, selbst wenn sich die äußeren Bedingungen ändern.

Der Kompostierungsprozess wird hauptsächlich von Mikroorganismen durchgeführt und ist der Hauptbestandteil der Kompostierungsfermentation.Die bei der Kompostierung beteiligten Mikroben stammen aus zwei Quellen: einer großen Anzahl von Mikroben, die bereits im organischen Abfall vorhanden sind, und einem künstlichen mikrobiellen Inokulum.Unter bestimmten Bedingungen haben diese Stämme eine starke Fähigkeit, einige organische Abfälle zu zersetzen, und zeichnen sich durch starke Aktivität, schnelle Vermehrung und schnelle Zersetzung organischer Stoffe aus, was den Kompostierungsprozess beschleunigen und die Reaktionszeit der Kompostierung verkürzen kann.

Die Kompostierung wird im Allgemeinen in zwei Arten der aeroben Kompostierung und der anaeroben Kompostierung unterteilt.Bei der aeroben Kompostierung handelt es sich um den Zersetzungsprozess organischer Materialien unter aeroben Bedingungen. Seine Stoffwechselprodukte sind hauptsächlich Kohlendioxid, Wasser und Wärme.Bei der anaeroben Kompostierung handelt es sich um den Zersetzungsprozess organischer Materialien unter anaeroben Bedingungen. Die Endmetaboliten der anaeroben Zersetzung sind Methan, Kohlendioxid und viele Zwischenprodukte mit niedrigem Molekulargewicht, wie z. B. organische Säuren.

Die wichtigsten am Kompostierungsprozess beteiligten Mikrobenarten sind Bakterien, Pilze und Actinomyceten.Diese drei Arten von Mikroorganismen haben alle mesophile Bakterien und hyperthermophile Bakterien.

Während des Kompostierungsprozesses veränderte sich die Mikrobenpopulation abwechselnd wie folgt: Mikrobengemeinschaften mit niedriger und mittlerer Temperatur änderten sich zu Mikrobengemeinschaften mit mittlerer und hoher Temperatur, und Mikrobengemeinschaften mit mittlerer und hoher Temperatur änderten sich zu Mikrobengemeinschaften mit mittlerer und niedriger Temperatur.Mit der Verlängerung der Kompostierungszeit gingen die Bakterien allmählich zurück, die Aktinomyceten nahmen allmählich zu und Schimmel und Hefen gingen am Ende der Kompostierung deutlich zurück.

Der Fermentationsprozess von Bio-Kompost lässt sich einfach in vier Phasen unterteilen:

2.3.1 Während der Aufheizphase

In der Anfangsphase der Kompostierung leben die Mikroorganismen im Kompost hauptsächlich bei mäßiger Temperatur und guter Atmosphäre, wobei die häufigsten Nicht-Sporen-Bakterien, Sporen-Bakterien und Schimmelpilze sind.Sie starten den Fermentationsprozess des Komposts und zersetzen organische Stoffe (wie einfachen Zucker, Stärke, Protein usw.) unter der Bedingung einer guten Atmosphäre kräftig, erzeugen dabei viel Wärme und erhöhen kontinuierlich die Temperatur des Komposts, den Anstieg von Eine Temperatur von etwa 20 °C (etwa 68 Grad Fahrenheit) bis 40 °C (etwa 104 Grad Fahrenheit) wird als Fieberstadium oder Zwischentemperaturstadium bezeichnet.

2.3.2 Bei hohen Temperaturen

Warme Mikroorganismen verdrängen nach und nach die warmen Arten und die Temperatur steigt weiter an, normalerweise über 50 °C (etwa 122 Grad Fahrenheit) innerhalb weniger Tage, bis hin zur Hochtemperaturphase.Im Hochtemperaturstadium werden die Gute-Hitze-Aktinomyceten und der Gute-Hitze-Pilz zu den Hauptarten.Sie zersetzen die komplexen organischen Stoffe im Kompost, wie Zellulose, Hemizellulose, Pektin usw.Die Hitze staut sich und die Komposttemperatur steigt auf 60 °C (ca. 140 Grad Fahrenheit). Dies ist sehr wichtig, um den Kompostierungsprozess zu beschleunigen.Unsachgemäße Kompostierung des Komposts, nur eine sehr kurze Hochtemperaturperiode oder keine hohe Temperatur und daher eine sehr langsame Reife, in einem Zeitraum von einem halben Jahr oder mehr ist der halbreife Zustand nicht erreicht.

2.3.3 Während der Abkühlphase

Nach einer gewissen Zeit während der Hochtemperaturphase sind die meisten Zellulose-, Hemizellulose- und Pektinstoffe abgebaut, zurück bleiben schwer abbaubare Komplexbestandteile (z. B. Lignin) und neu gebildeter Humus, die Aktivität der Mikroorganismen nimmt ab und die Temperatur sank allmählich.Wenn die Temperatur unter 40 °C (ca. 104 Grad Fahrenheit) sinkt, werden mesophile Mikroorganismen zur dominierenden Spezies

Kommt die Abkühlung zu früh, sind die Bedingungen für die Kompostierung nicht optimal und die Zersetzung des Pflanzenmaterials ist nicht ausreichend.An diesem Punkt kann der Haufen umgedreht und das Haufenmaterial gemischt werden, so dass eine zweite Erwärmung, Erwärmung, entsteht, um die Kompostierung zu fördern.

2.3.4 Reife- und Düngerkonservierungsstadium

Nach der Kompostierung nimmt das Volumen ab und die Temperatur des Komposts sinkt auf etwas mehr als die Lufttemperatur. Anschließend sollte der Kompost fest gepresst werden, was zu einem anaeroben Zustand führt und die Mineralisierung der organischen Substanz schwächt, um den Dünger zu erhalten.

Kurz gesagt ist der Fermentationsprozess von organischem Kompost der Prozess des mikrobiellen Stoffwechsels und der mikrobiellen Reproduktion.Der Prozess des mikrobiellen Stoffwechsels ist der Prozess der Zersetzung organischer Stoffe.Durch die Zersetzung organischer Stoffe entsteht Energie, die den Kompostierungsprozess antreibt, die Temperatur erhöht und das feuchte Substrat trocknet.

 
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