Сравнительные диаграммы

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЙ ЧАСТИ

КУРСОВОЙ РАБОТЫ

По дисциплине

«ТЕХНОЛОГИИ БИОКОМПОСТИРОВАНИЯ»

Тольятти 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы:

Улучшение качества почвы на основе моделирования и оптимизации метода компостирования

Задачи:

1) Провести сравнительный анализ методов обогащения почвы и оптимизации процессов компостирования;

2) Провести анализ методов определения качества почвы (рН, сухой остаток, химический состав, гумус);

3) Моделирование процесса.

Технологическая схема компостирования:

1 ИСХОДНОЕ КАЧЕСТВО ПОЧВЫ

За основу исходного материала была взята почва, собранная вблизи жилого здания Автозаводского района. Качество почвы определено в ходе курсовой работы и представлено в табл.1

Таблица 1 – Качество почвы (Автозаводский район)

Вывод: по данным табл. 1 по состоянию почвы можно сказать, что данная почва принадлежит к классу легкого суглинка с такими физическими показателями как рН=8,05, количество гумуса15,4 %. Данные показатели находятся в почве в умеренном количестве и следовательно данная почва соответствует слабогумусированной (каштановой) почве.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА КОМПОСТА БИОТЕСТИРОВАНИЕМ (МЕТОДОМ ПРОРОСТКОВ)

Цель: Определить качество почвы по схожести семян и ростовых процессов. Биотест культуры - кресс салат.

Оборудование: образцы почвы с проростками кресс - салата, линейка, лист бумаги, весы, калькулятор

Ход работы:

1) Осторожно вынуть проростки из почвы, не повреждая корневую систему;

2) Разложить проростки на листе бумаги в 1 ряд;

3) Измерить с помощью линейки подземные и надземные части проростков, а так же всю длину каждого проростка;

4) Взвесить все проростки каждой пробы;

5) Посчитать среднее значение длины, массы проростков и всхожести семян.

6) Начертить сравнительную диаграмму

Сравнительные диаграммы

Рисунок 1 – Проростки семян кресс-салата

Вывод: исходя из проделанного опыта относительно всхожести семян можно сделать вывод, что почва не достаточно благоприятна для выращивания растений (из 16 семян взошло только 10). Однако скорость пророста семян достаточно высока – 4 дня с момента посадки до момента всхода. За время роста кресс-салата погибло 3 ростка.

3 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОЧВЫ

Определение гидролитической кислотности почвы по Каппену:

Ход работы:

1) Взвешиваем на технических весах 20 г. почвы и помещаем в колбу;

2) Приливаем к почве 50 мл 1,0Н раствора СООNа взбалтываем в течение часа;

3) Отбираем суспензию в чистую колбу через фильтр;

4) Отбираем пипеткой 25 мл фильтрата и переносим в коническую колбу 100мл;

5) Приливаем 1-2 капли фенолфталеина и титруем 0,1Н NаОН до светло-розовой окраски;

Н=(а* К *100 *0,1 *1,75) / С=1,75 мг.экв.

Измерение pН:

Ход работы: 10 г. почвы помещаем в коническую колбу. К пробе приливаем 150 мл дистиллированной воды. Перемешиваем 3 мин и оставляем на 5 мин для отстаивания. Почвенную суспензию переливаем в химический стакан и измеряем pН, погружаем электрод в стакан на 1,5 мин.

рН=7,7

Определение сухого остатка:

25 мл водной вытяжки переносим в фарфоровую чашку и выпариваем досуха на электрической плитке. Охлажденную чашку с сухим остатком взвешиваем на аналитических весах с точностью до 0,001 г.

W=20*0,0265*100%=53 %

Фотоколометрическое определение гумуса в почве:

Навеску помещаем в колбу 100 мл. и добавляем 10 мл 0,4 Н раствора . Колбу ставим в шкаф для нагрева на 20 мин. при 150 градусов. Затем колбу вытаскиваем и даем остыть. Перемешиваем содержимое колбы и оставляем до тех пор, пока взвешенные частицы не осядут. После этого определяем оптическую плотность на фотоколориметре

X= (a-b) *K*0.000517*100/P=(35-2)*1.567*0.000517*100/0.1=27 %

4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПОСТИРОВАНИЯ

Процесс компостирования представляет собой сложное взаимодействие между органическими отходами, микроорганизмами, влагой и кислородом. Микробная активность возрастает, когда содержание влаги и концентрация кислорода достигают необходимого уровня. Кроме кислорода и воды микроорганизмам для роста и размножения необходимы источники углерода, азота, фосфора, калия и определенных микроэлементов.

Потребляя органические отходы как пищевой субстрат, микроорганизмы размножаются и продуцируют воду, диоксид углерода, органические соединения и энергию. Часть энергии, получающейся при биологическом окислении углерода, расходуется в метаболических процессах, остальная – выделяется в виде тепла.

Компост как конечный продукт компостирования содержит наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу мертвых микроорганизмов, некоторое количество живых микробов и продукты химического взаимодействия этих компонентов.

1.1 Стадии компостирования

Компостирование – комплексный, многостадийный процесс. Каждая его стадия характеризуется различными консорциумами организмов. Фазы компостирования состоят из:

1. лаг-фазы (lag phase),

2. мезофильной фазы (mesophilic phase),

3. термофильной фазы (thermophilic phase),

4. фазы созревания (final phase).

Фаза 1 (lag phase) начинается сразу после внесения свежих отходов в компостную кучу. В течение этой фазы микроорганизмы адаптируются к типу отходов и условиям обитания в компостной куче. Распад отходов начинается уже на этой стадии, но общая численность популяции микробов еще невелика, температура невысока.

Фаза 2 (mesophilic phase). На протяжении этой фазы процесс распада субстратов усиливается. Численность микробной популяции возрастает преимущественно за счет мезофильных организмов, адаптирующихся к низким и умеренным температурам.

Фаза 3 (thermophilic phase). В результате микробного роста и метаболизма происходит повышение температуры. Когда температура повышается до 40 градусов Цельсия и выше, мезофильные микроорганизмы замещаются микробами, более устойчивыми к высоким температурам – теромофилами. В результате исчерпания пищевых ресурсов обменные процессы идут на убыль, и температура постепенно снижается.

Фаза 4 (final phase). Вследствие падения температуры до мезофильного диапазона в компостной куче начинают доминировать мезофильные микроорганизмы. Температура является наилучшим индикатором наступления стадии созревания. В данной фазе оставшиеся органические вещества образуют комплексы. Этот комплекс органических веществ устойчив к дальнейшему разложению и называется гуминовыми кислотами или гумусом.

1.2 Биохимические аспекты компостирования

Компостирование – биохимический процесс, предназначенный для преобразования твердых органических отходов в стабильный, подобный гумусу продукт. Упрощенно компостированием называют биохимический распад органических составных частей органических отходов в контролируемых условиях. Применение контроля отличает компостирование от естественно протекающих процессов гниения или разложения.

Процесс компостирования зависит от активности микроорганизмов, которые нуждаются в источнике углерода для получения энергии и биосинтеза клеточного матрикса, а также в источнике азота для синтеза клеточных белков. В меньшей степени микроорганизмы нуждаются в фосфоре, калии, кальции и других элементах.

1.3 Критические факторы компостирования

Процесс естественного разложения субстрата при компостировании может быть ускорен благодаря контролю не только за соотношением углерода и азота, но и за влажностью, температурой, уровнем кислорода, размером частиц, рН.

Носители (древесная щепа, солома, опилки и др.) обычно необходимы для поддержания структуры, обеспечивающей аэрацию при компостировании таких отходов, как сырой активный ил и навоз.

1.4 рН

рН является наиболее важным показателем «здоровья» компостной кучи. Как правило, рН бытовых отходов во второй фазе компостирования достигает 5,5–6,0. Фактически эти значения рН являются индикатором того, что процесс компостирования начался, то есть вступил в лаг-фазу. Уровень рН определяется активностью кислотообразующих бактерий, которые разлагают сложные углеродсодержащие субстраты (полисахариды и целлюлозу) до более простых органических кислот.

Роль рН в компостировании определяется тем, что многие микроорганизмы, как и беспозвоночные, не могут выживать в очень кислой среде. К счастью, рН, как правило, контролируется естественным путем (карбонатная буферная система). Оптимальный диапазон рН для большинства бактерий находится в пределах 6-7,5, а для грибов он может быть между 5,5 и 8.

1.5 Аэрация

При нормальных условиях компостирование представляет собой аэробный процесс. Это означает, что для метаболизма и дыхания микробов необходимо присутствие кислорода. Микробы используют кислород чаще других окисляющих агентов, поскольку с его участием реакции протекают в 19 раз энергичнее. Идеальной считается концентрация кислорода, равная 16 – 18,5%. Если концентрация кислорода падает ниже 5%, возникают анаэробные условия.

1.6 Влажность

Компостные микробы нуждаются в воде. Разложение осуществляется гораздо быстрее в тонких жидких пленках, образованных на поверхностях органических частиц. 50–60% влаги считается оптимальным содержанием для осуществления процесса компостирования, но при использовании носителей возможны и большие значения. Оптимальная влажность варьирует и зависит от природы и размера частиц. Содержание влаги менее 30% подавляет бактериальную активность. При влажности менее 30% от общей массы скорость биологических процессов резко падает, а при влажности 20% они могут вовсе прекратиться.

1.7 Температура

Температура служит хорошим показателем процесса компостирования. Температура в компостной куче начинает подниматься через несколько часов с момента закладки субстрата и меняется в зависимости от стадий компостирования: мезофильной, термофильной, остывание, созревание.

В начале процесса отходы находятся при температуре окружающей среды, рН в них слабокислое. В начальной, мезофильной, стадии микроорганизмы, присутствующие в отходах, начинают быстро размножаться, температура повышается до 42 градусов Цельсия, и среда подкисляется за счет образования органических кислот.

Наилучшими условиями для образования компоста являются мезофильный и термофильный температурные пределы. Благодаря многим группам организмов, принимающим участие в процессе образования компоста, диапазон оптимальных температур для этого процесса в целом является очень широким – 35-55 градусов Цельсия.

1.8 Дисперсность частиц

Основная микробная активность проявляется на поверхности органических частиц. Следовательно, уменьшение размера частицы ведет к увеличению площади поверхности, а это, в свою очередь, казалось бы, должно сопровождаться ростом микробной активности и скорости разложения. Однако, когда частицы слишком малы, они плотно слипаются друг с другом, ухудшая циркуляцию воздуха в куче. Это уменьшает поступление кислорода и существенно понижает микробную активность. Размер частиц влияет также на доступность углерода и азота. Допустимый размер частиц находится в диапазоне 0,3–5 см, но варьирует в зависимости от характера сырья, размера кучи и погодных условий.

1.9 Время созревания компоста

Время, необходимое для созревания компоста, зависит от перечисленных выше факторов. Более короткий период созревания связан с оптимальным содержанием влаги, соотношением C:N и частотой аэрации. Процесс замедляется при недостаточной влажности субстрата, низких температурах, высоком значении соотношения C:N, больших размерах частиц субстрата, высоком содержании древесных материалов и неадекватной аэрации.

Из шести исследованных микробиологических показателей наиболее информативным и адекватным оказался тест дегидрогеназной активности. В сравнении с другими критериями он оказался более простым, быстрым и дешевым методом, позволяющим проводить мониторинг стабильности и готовности компоста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной части курсовой работы был рассмотрен и проведен процесс компостирования. На основании полученных данных до закладки компоста и после можно сделать вывод о том, что после закладки компоста, почва улучшила свои показатели и обогатилась полезными веществами. Показания рН изменились незначительно, но изменения произошли в лучшую сторону, т.к. из щелочной среды почва перешла в нейтральную. Кислотность уменьшилась в 1,5 раза, сухой остаток увеличился в 5,3 раза, а качество гумуса в процентном соотношении возросло в 1,75 раза. Процесс компостирования благоприятно сказывается на улучшении показателей почвы, что мы можем наглядно увидеть на схеме 1, которые представлены ниже.

Схема 1 – Показатели почвы «до» и «после» закладки компоста.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. - 223 с.

2. Андреев А.В. Оценка биоразнообразия, мониторинг и экосети / Под ред. П.Н. Горбуненко. Кишинев: BIOTICA, 2002. - 168 с.

3. Биоиндикаторы и биотестсистемы в оценке окружающей среды техногенных территорий / Ред. Т.Я. Ашихмина, Н.М. Алалыкина. Киров: О-Краткое, 2008.-336 с.

4. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М.: МГУ, 1987. - 256 с.

5. Звягинцева Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии: учеб. пособие/ Д.Г Звягинцева. – М.: МГУ, 1991. – 304 с.

6. Кузнецов А.Е. Научные основы экобиотехнологии: учеб. пособие для вузов/ А.Е. кузнецов, Н.Б. Градова. – М.: мир, 2006. – 504 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: