Princípio da fermentação do composto orgânico

1. Visão Geral

Qualquer tipo de produção de composto orgânico qualificado de alta qualidade deve passar pelo processo de fermentação da compostagem.A compostagem é um processo no qual a matéria orgânica é degradada e estabilizada por microorganismos sob certas condições para produzir um produto adequado para o uso da terra.

A compostagem, um método antigo e simples de tratamento de resíduos orgânicos e produção de fertilizantes, tem atraído muita atenção em muitos países devido à sua importância ecológica, além de trazer benefícios para a produção agrícola.Foi relatado que as doenças transmitidas pelo solo podem ser controladas usando composto decomposto como uma sementeira.Após o estágio de alta temperatura do processo de compostagem, o número de bactérias antagonistas pode atingir um nível muito alto, não é fácil de decompor, estável e fácil de ser absorvido pelas culturas.Enquanto isso, a ação de microorganismos pode reduzir a toxicidade de metais pesados ​​em uma determinada faixa.Pode-se ver que a compostagem é uma forma simples e eficaz de produzir fertilizante bio-orgânico, o que é benéfico para o desenvolvimento da agricultura ecológica. 

Por que a compostagem funciona assim?A seguir, uma descrição mais detalhada dos princípios da compostagem:

 2. Princípio da fermentação do composto orgânico

2.1 Conversão de matéria orgânica durante a compostagem

A transformação da matéria orgânica em composto sob a ação de microrganismos pode ser resumida em dois processos: um é a mineralização da matéria orgânica, ou seja, a decomposição da matéria orgânica complexa em substâncias simples, o outro é o processo de humificação da matéria orgânica, isto é, a decomposição e síntese de matéria orgânica para produzir húmus orgânico especial mais complexo.Os dois processos são realizados ao mesmo tempo, mas na direção oposta.Sob condições diferentes, a intensidade de cada processo é diferente.

2.1.1 Mineralização da matéria orgânica

• Decomposição de matéria orgânica isenta de nitrogênio

Compostos polissacarídeos (amido, celulose, hemicelulose) são primeiro hidrolisados ​​em monossacarídeos por enzimas hidrolíticas secretadas por microorganismos.Os produtos intermediários, como álcool, ácido acético e ácido oxálico, não eram fáceis de acumular e, finalmente, formaram CO₂ e H₂O e liberaram muita energia térmica.Se a ventilação for ruim, sob a ação do micróbio, o monossacarídeo se decompõe lentamente, produz menos calor e acumula alguns produtos intermediários - ácidos orgânicos.Sob a condição de microrganismos repelentes de gás, podem ser produzidas substâncias redutoras como CH4 e H2.

• Decomposição da matéria orgânica contendo nitrogênio

A matéria orgânica contendo nitrogênio no composto inclui proteínas, aminoácidos, alcalóides, homus e assim por diante.Com exceção do húmus, a maioria é facilmente decomposta.Por exemplo, a proteína, sob a ação de uma protease secretada pelo microrganismo, degrada-se passo a passo, produz vários aminoácidos e então forma sal de amônio e nitrato, respectivamente, por amônia e nitração, que podem ser absorvidos e utilizados pelas plantas.

• Transformação de compostos orgânicos contendo fósforo em composto

Sob a ação de uma variedade de microrganismos saprofíticos, forma-se o ácido fosfórico, que se torna um nutriente que as plantas podem absorver e utilizar.

• Conversão de matéria orgânica contendo enxofre

Matéria orgânica contendo enxofre no composto, através do papel de microrganismos na produção de sulfeto de hidrogênio.O sulfeto de hidrogênio é fácil de acumular no ambiente de gás antipático e pode ser tóxico para plantas e microorganismos.Mas sob condições bem ventiladas, o sulfeto de hidrogênio é oxidado em ácido sulfúrico sob a ação de bactérias sulfurosas e reage com a base do composto para formar sulfato, que não apenas elimina a toxicidade do sulfeto de hidrogênio, mas também se torna nutrientes sulfurosos que as plantas podem absorver.Sob condição de má ventilação, ocorreu a sulfatação, que causou a perda de H₂S e envenenamento da planta.No processo de fermentação do composto, a aeração do composto pode ser melhorada virando o composto regularmente, para que o anti-sulfuração possa ser eliminado.

• Conversão de lipídios e compostos orgânicos aromáticos

Tal como o tanino e a resina, é complexo e lento para se decompor, e os produtos finais também são CO₂ e água. A lignina é um composto orgânico estável que contém materiais vegetais (como casca, serragem, etc.) na compostagem.É muito difícil de decompor devido à sua estrutura complexa e núcleo aromático.Sob condições de boa ventilação, o núcleo aromático pode ser convertido em compostos quinoides pela ação de fungos e actinomicetos, que é uma das matérias-primas para a ressíntese do húmus.Claro, essas substâncias continuarão a ser decompostas sob certas condições.

Em resumo, a mineralização da matéria orgânica compostada pode fornecer nutrientes de ação rápida para culturas e microorganismos, fornecer energia para atividades microbianas e preparar materiais básicos para a humificação da matéria orgânica compostada.Quando a compostagem é dominada por microorganismos aeróbicos, a matéria orgânica se mineraliza rapidamente para produzir mais dióxido de carbono, água e outros nutrientes, decompõe-se rápida e completamente e libera muita energia térmica A decomposição da matéria orgânica é lenta e muitas vezes incompleta, liberando menos energia térmica e os produtos de decomposição são além dos nutrientes das plantas, é fácil acumular ácidos orgânicos e substâncias redutoras como CH₄, H₂S, PH₃, H₂, etc.A deposição de composto durante a fermentação também visa alterar o tipo de atividade microbiana para eliminar substâncias nocivas.

2.1.2 Humificação da matéria orgânica

Existem muitas teorias sobre a formação do húmus, que podem ser divididas em duas etapas: a primeira etapa, quando os resíduos orgânicos se decompõem para formar as matérias-primas que compõem as moléculas de húmus; na segunda etapa, o polifenol é oxidado a quinona pela polifenol oxidase secretada pelo microrganismo e, em seguida, a quinona é condensada com aminoácidos ou peptídeos para formar monômero de húmus.Porque fenol, quinino, variedade de aminoácidos, condensação mútua não é da mesma maneira, então a formação de monômero de húmus também é diversa.Sob condições diferentes, esses monômeros se condensam ainda mais para formar moléculas de tamanhos diferentes.

2.2 Conversão de metais pesados ​​durante a compostagem

O lodo municipal é uma das melhores matérias-primas para compostagem e fermentação porque contém nutrientes ricos e matéria orgânica para o crescimento das lavouras.Mas o lodo municipal geralmente contém metais pesados, esses metais pesados ​​geralmente se referem a mercúrio, cromo, cádmio, chumbo, arsênico e assim por diante.Microrganismos, especialmente bactérias e fungos, desempenham um papel importante na biotransformação de metais pesados.Embora alguns microrganismos possam alterar a presença de metais pesados ​​no meio ambiente, tornar os produtos químicos mais tóxicos e causar sérios problemas ambientais, ou concentrar metais pesados ​​e acumulá-los na cadeia alimentar.Mas alguns micróbios podem ajudar a melhorar o meio ambiente removendo metais pesados ​​do meio ambiente por meio de ações diretas e indiretas.A transformação microbiana de HG inclui três aspectos, ou seja, metilação de mercúrio inorgânico (Hg2+), redução de mercúrio inorgânico (Hg2+) a HG0, decomposição e redução de metilmercúrio e outros compostos orgânicos de mercúrio a HG0.Esses microrganismos capazes de converter mercúrio inorgânico e orgânico em mercúrio elementar são chamados de microrganismos resistentes ao mercúrio.Embora os microorganismos não possam degradar metais pesados, eles podem reduzir a toxicidade dos metais pesados ​​controlando sua via de transformação.

2.3 Processo de compostagem e fermentação

A compostagem é uma forma de estabilização de resíduos, mas requer umidade especial, condições de aeração e microorganismos para produzir a temperatura certa.Acredita-se que a temperatura seja superior a 45 ° C (cerca de 113 graus Fahrenheit), mantendo-a alta o suficiente para inativar patógenos e matar sementes de ervas daninhas.A taxa de decomposição da matéria orgânica residual após compostagem razoável é baixa, relativamente estável e fácil de ser absorvida pelas plantas.O odor pode ser bastante reduzido após a compostagem.

O processo de compostagem envolve muitos tipos diferentes de microorganismos.Devido à mudança nas matérias-primas e condições, a quantidade de vários microorganismos também está mudando constantemente, então nenhum microorganismo sempre domina o processo de compostagem.Cada ambiente tem sua comunidade microbiana específica, e a diversidade microbiana permite a compostagem para evitar o colapso do sistema mesmo quando as condições externas mudam.

O processo de compostagem é realizado principalmente por microorganismos, que é o principal corpo de fermentação da compostagem.Os micróbios envolvidos na compostagem vêm de duas fontes: um grande número de micróbios já presentes nos resíduos orgânicos e um inóculo microbiano artificial.Sob certas condições, essas cepas têm uma forte capacidade de decompor alguns resíduos orgânicos e têm as características de forte atividade, rápida propagação e rápida decomposição da matéria orgânica, o que pode acelerar o processo de compostagem, encurtar o tempo de reação da compostagem.

A compostagem é geralmente dividida em compostagem aeróbica e compostagem anaeróbica em dois tipos.A compostagem aeróbica é o processo de decomposição de materiais orgânicos em condições aeróbias, e seus produtos metabólicos são principalmente dióxido de carbono, água e calor;compostagem anaeróbica é o processo de decomposição de materiais orgânicos em condições anaeróbicas, os metabólitos finais da decomposição anaeróbica são metano, dióxido de carbono e muitos intermediários de baixo peso molecular, como ácidos orgânicos.

As principais espécies microbianas envolvidas no processo de compostagem são bactérias, fungos e actinomicetos.Todos esses três tipos de microorganismos têm bactérias mesófilas e bactérias hipertermófilas.

Durante o processo de compostagem, a população microbiana mudou alternadamente da seguinte forma: comunidades microbianas de baixa e média temperatura mudaram para comunidades microbianas de média e alta temperatura, e comunidades microbianas de média e alta temperatura mudaram para comunidade microbiana de média e baixa temperatura.Com a extensão do tempo de compostagem, as bactérias diminuíram gradativamente, os actinomicetos aumentaram gradativamente e o bolor e levedura no final da compostagem reduziram significativamente.

O processo de fermentação do composto orgânico pode ser simplesmente dividido em quatro etapas:

2.3.1 Durante a fase de aquecimento

Durante o estágio inicial da compostagem, os microorganismos no composto são principalmente de temperatura moderada e boa atmosfera, sendo os mais comuns bactérias não esporuladas, bactérias esporuladas e mofo.Eles iniciam o processo de fermentação do composto e decompõem a matéria orgânica (como açúcar simples, amido, proteína, etc.) vigorosamente sob a condição de uma boa atmosfera, produzindo muito calor e aumentando continuamente a temperatura do composto, o aumento cerca de 20 °C (cerca de 68 graus Fahrenheit) a 40 °C (cerca de 104 graus Fahrenheit) é chamado de estágio febril ou estágio de temperatura intermediária.

2.3.2 Durante altas temperaturas

Microrganismos quentes substituem gradualmente as espécies quentes e a temperatura continua a subir, geralmente acima de 50 °C (cerca de 122 graus Fahrenheit) dentro de alguns dias, na fase de alta temperatura.No estágio de alta temperatura, os actinomicetos de bom calor e os fungos de bom calor tornam-se as principais espécies.Eles quebram a matéria orgânica complexa do composto, como celulose, hemicelulose, pectina e assim por diante.O calor aumenta e a temperatura do composto sobe para 60 °C (cerca de 140 graus Fahrenheit), isso é muito importante para acelerar o processo de compostagem.Compostagem imprópria de composto, apenas um período muito curto de alta temperatura, ou nenhuma alta temperatura e, portanto, maturidade muito lenta, em meio ano ou mais, o período não é meio maduro.

2.3.3 Durante a fase de resfriamento

Após um certo período durante a fase de alta temperatura, a maioria das substâncias de celulose, hemicelulose e pectina foram decompostas, deixando para trás componentes complexos de difícil decomposição (por exemplo, lignina) e húmus recém-formado, a atividade de microrganismos diminuiu e a temperatura diminuiu gradativamente.Quando a temperatura cai abaixo de 40 °C (cerca de 104 graus Fahrenheit), os microrganismos mesófilos tornam-se as espécies dominantes

Se o estágio de resfriamento chegar cedo, as condições de compostagem não são ideais e a decomposição dos materiais vegetais não é suficiente.Neste ponto pode-se virar a pilha, misturando o material da pilha, para que se produza um segundo aquecimento, aquecimento, para promover a compostagem.

2.3.4 Maturação e estágio de preservação do fertilizante

Após a compostagem, o volume diminui e a temperatura do composto cai um pouco acima da temperatura do ar, então o composto deve ser bem prensado, resultando em um estado anaeróbico e enfraquecendo a mineralização da matéria orgânica, para manter o adubo.

Em resumo, o processo de fermentação do composto orgânico é o processo de metabolismo e reprodução microbiana.O processo de metabolismo microbiano é o processo de decomposição da matéria orgânica.A decomposição da matéria orgânica produz energia, que impulsiona o processo de compostagem, aumenta a temperatura e seca o substrato úmido.

 
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