Автор статьи Рон Александер
Испытания по формовке и росту растений, а также анализ характеристик продукции были проведены с использованием двух различных кухонных дегидраторов пищевых отходов и сравнены с "настоящим" компостом.
Индустрия коммерческого компостирования в США зародилась в конце 1970-х годов, когда после совместных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA) и Агентства по охране окружающей среды США (EPA) начали функционировать предприятия по компостированию биоотходов. Большая часть этих эпохальных исследований до сих пор лежит в основе нормативных документов и "лучших практик управления", используемых в нашей отрасли. В конце 1980-х и 1990-х гг. началось и значительно расширилось производство компоста из обрезков деревьев, что в значительной степени было связано с запретом штатов на захоронение на полигонах листьев, травы и кустарника. В то же время продолжало развиваться компостирование навоза.
Сегодня следующий рубеж коммерческого компостирования - отходы и несъедобные продукты питания в качестве сырья. Исследование компании BioCycle, проведенное в 2023 году по всей стране: Инфраструктура полномасштабного компостирования пищевых отходов в США" было опрошено 200 предприятий. Утилизация и переработка пищевых продуктов невероятно важны, поскольку население нашей страны продолжает расти, требуя все больше продовольствия для питания людей и животных, выращиваемых для потребления человеком. Кроме того, при захоронении пищевых отходов на свалках образуется метан, который способствует изменению климата. Будь то восстановление продуктов питания для людей или корма для животных или их переработка для получения энергии и/или улучшения качества почвы... все это хорошо и важно для планеты и ее обитателей. Однако спасение продуктов питания со свалки имеет свои проблемы, наиболее важными из которых, вероятно, являются сбор и связанные с ним расходы, загрязнение инертными веществами и надлежащая переработка, поскольку они могут легко привлекать переносчиков инфекций и издавать неприятный запах.
Сегодня промышленное компостирование является хорошо изученным научным и производственным процессом. Этот экзотермический процесс, управляемый микробами, требует наличия соответствующего сырья (углерода и азота в необходимом количестве), кислорода, воды и времени. Как известно многим из нас, "бывалых" в этой отрасли, которые были свидетелями нескольких очень дорогостоящих неудач коммерческого компостирования, настоящий компост требует нескольких месяцев для получения стабильного и зрелого продукта, который является универсальным, эффективным и простым в использовании. А тепло при настоящем компостировании выделяют микробы - признак биологического разложения, а не внешний источник.
Обезвоживание пищевых отходов
Несмотря на документально подтвержденные преимущества утилизации и переработки пищевых отходов, их рост в США происходит медленно (что в определенной степени прагматично), поскольку для работы с этим легко гниющим сырьем требуется соответствующая инфраструктура и подготовка кадров. В некоторых штатах, таких как Калифорния, Вермонт, Массачусетс и Нью-Йорк, принята политика, поддерживающая утилизацию и переработку пищевых продуктов. В настоящее время создается инфраструктура, необходимая для утилизации как восстановленных продуктов питания (еще пригодных к употреблению), так и пищевых отходов. Для более эффективного обращения с пищевыми отходами и их транспортировки были разработаны новые технологии, в том числе электрические дегидраторы пищевых продуктов (часто ошибочно называемые "компостерами").
Впервые коммерческие установки для обезвоживания пищевых отходов были установлены почти 10 лет назад в Лас-Вегасе, как мне помнится, для оценки этого продукта для клиента, заинтересованного в его использовании (данные испытаний приведены в табл. 1). Как уже неоднократно сообщалось компанией BioCycle, дегидраторы пищевых отходов перспективны для ресторанов, оптовых торговцев продуктами питания и т.д., поскольку позволяют уменьшить их объем, содержание влаги и запах. Поэтому неудивительно, что эти устройства были уменьшены до размеров, которые могут быть использованы домовладельцами. И для домовладельцев, желающих уменьшить неприятный фактор, связанный со сбором пищевых отходов, они могут стать отличным инструментом.
Эти системы позволяют сократить объем пищевых отходов до 90%, используя внешний источник тепла, поскольку многие пищевые отходы содержат большое количество влаги. В установках для обезвоживания используется температура от 73° до 135 °C в течение 4-20 часов, при этом содержание влаги в полученном материале составляет менее 10%. В некоторых технологиях предлагается добавлять свои пакеты микробов или ферментов. Однако нереально полагать, что добавленные микробы эффективно ускоряют биологическую деградацию и стабилизацию, поскольку они пытаются выжить во враждебной среде, созданной в системах, т.е. при высоких температурах и низком содержании влаги. Кроме того, добавление небольшого количества ферментов на период обработки от 4 до 20 часов также вряд ли окажет существенное влияние на биологическую деградацию.
Что такое компост и что такое не компост
Отметим, что определяющей характеристикой качественного компоста является то, что микробное разложение происходит в течение достаточно длительного периода времени, что приводит к значительному снижению содержания летучих твердых веществ (иллюстрация биологической стабилизации углерода), тем самым снижая привлекательность для переносчиков, так что готовые продукты при соответствующей влажности не привлекают насекомых и животных и не вызывают размножения болезнетворных микроорганизмов. Эти исследования были проведены в Лаборатории сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в Белтсвилле, штат Мэриленд, в конце 1970-х годов. Кроме того, согласно нормативам USEPA 40CFR Part 503 по биоотходам, для снижения привлекательности для переносчиков инфекций требуется снижение массы летучих твердых веществ минимум на 38%. В учебном курсе для операторов компоста Университета штата Огайо говорится, что потери летучих твердых веществ при компостировании "составляют от 30% для листьев до 90% для пищевых отходов".
В 2018 году Американская ассоциация должностных лиц по контролю за качеством пищевых продуктов растительного происхождения (AAPFCO) утвердила новое определение компоста, в котором четко указано, чем он является (и не является):
Компост - продукт, получаемый в результате контролируемого аэробного, биологического разложения биоразлагаемых материалов. Продукт подвергается мезофильной и термофильной температурам, что значительно снижает жизнеспособность патогенных микроорганизмов и семян сорняков, а также стабилизирует углерод, что благоприятно сказывается на росте растений. Компост обычно используется в качестве почвенной добавки, но может также вносить питательные вещества для растений. (Определение AAPFCO - официальное 2018 г.)
Наличие такого определения является критически важной основой, поскольку производители и маркетологи новых технологий переработки пищевых отходов утверждают или подразумевают, что продукция дегидраторов пищевых отходов является компостом или может быть использована так же, как компост. В колонке BioCycle CONNECT в марте 2023 г. д-р Салли Браун отметила: "Эти устройства берут высоко гнилостные (готовые к гниению) пищевые отходы и стабилизируют их, удаляя влагу. Без воды ни один микроб не сможет разложить отходы. Сушка удаляет воду, а также концентрирует соли. Когда вы берете эти высушенные пищевые отходы и снова добавляете в них воду (рис. 1), микробы сразу же начинают действовать и возобновляют процесс разложения. Вся гадость возвращается" (Brown, 2023). Таким образом, обезвоженные пищевые отходы не являются биологически устойчивыми.
Опубликованы и другие данные, свидетельствующие о том, что обезвоженный материал не является компостом и не пригоден для немедленного использования, а для эффективного применения реально требует дальнейшей обработки и значительного отверждения (стабилизации и созревания). Например, исследования, недавно проведенные в Университете Брунея (г.Даруссалам, Бруней), показали, что материалы, полученные в ходе испытаний домашнего электрического "компостера", "все еще остаются незрелыми и требуют дополнительного отверждения". Их исследование также показало наличие значительного количества фитотоксинов в образцах даже после четырехнедельного отверждения" (Azis et al., 2023).
Как сообщалось в журнале BioCycle в 2011 г., Университет Лойола Мэримаунт завершил испытания по переработке остатков столовой с использованием дегидратационной установки промышленного масштаба (Rasmussen et al., 2011). Поскольку производитель предложил использовать полученный продукт в качестве почвенной или мульчирующей добавки для коммерческих и домашних садов, университет инициировал исследовательский проект. В результате было обнаружено, что при смешивании "непереработанных обезвоженных пищевых отходов" в мульчу "в течение первых двух-трех недель наблюдался резкий рост грибков; во всех трех случаях достигалось высокое покрытие грибками (от 75 до 100%)", поэтому мульча не подходит для использования в озеленении кампуса.
Garden Fundamentals, научно обоснованная группа садоводов, работавшая с электрическими кухонными приборами, сообщила, что она "связалась с несколькими производителями и попросила их предоставить доказательства того, что они компостируют. Ни у одного из них их не оказалось. Честно говоря, они не очень понимали, что такое компостирование" (Pavlis, 2021). Компания Garden Fundamentals также заявила, что термин "обезвоженный побочный продукт пищевых отходов" представляется хорошим описанием материала, производимого этими установками.
Некоторые компании, работающие на этом рынке, такие как Mill Industries, были более академически честны, позиционируя свои установки "переработкой пищевых продуктов", которые, по сути, являются системами предварительной обработки, а также облегчают работу с бытовыми кухонными отходами. Кроме того, компания не называет получаемый материал "компостом" или "грунтом", что может привести к его неправильному использованию. Полевые исследования, проведенные компанией Mill по контракту, показали, что использование обезвоженного пищевого материала, вносимого непосредственно в почву в различных количествах, приводит к значительному образованию плесени, а также привлекает как домашних (собак), так и диких животных (енотов, скунсов и т.д.) в местах использования продукта, даже при внесении его в почву. В ходе лабораторных исследований было установлено, что материал достигает минимального снижения содержания летучих твердых частиц и требует последующей обработки для использования в качестве эффективной почвенной добавки.
Несмотря на то, что со временем материал стабилизировался и не подавлял рост растений, результаты исследования показали, что обезвоженные пищевые отходы не подходят для немедленного использования в качестве почвенной добавки, но могут быть использованы при дальнейшей обработке. По этой причине компания Mill не стала позиционировать полученный материал как "компост" или готовую почвенную добавку.
Тестирование использования обезвоженных продуктов
Ознакомившись с подобными данными и опасаясь, что название материала, выходящего из этих электрических кухонных дегидраторов, "компостом" - или самих дегидраторов "компостерами" - негативно скажется на репутации "настоящего компоста", сложившейся за последние 45 лет, я произвел и получил дегидратированные пищевые материалы и провел ряд простых экспериментов по оценке возможности использования полученного материала в качестве почвенной добавки или органического удобрения. Эксперименты включали измерение образования плесени и испытания на рост растений, а также оценку полученных результатов в аккредитованной аналитической лаборатории. Используемая методология и полученные результаты описаны ниже.
Формование: Во многих предыдущих исследованиях было показано, что обезвоженный пищевой материал подвержен плесневению. Это доставляет неудобства конечному пользователю, приводит к гибели некоторых растений и свидетельствует о низкой степени биологической стабилизации. Для оценки использования материала в качестве подкормки в комнатных условиях высушенные и измельченные продукты из двух электрических кухонных агрегатов и компост были помещены в посадочные лотки, политы и накрыты для поддержания влажности. На третий день в некоторых образцах обезвоженных продуктов появилось значительное образование плесени, а также ощутимый запах.Через пять дней плесень почти полностью покрыла оба образца обезвоженных продуктов (рис. 2), а неприятный запах был настолько сильным, что эксперимент пришлось перенести на улицу. На улице обезвоженные образцы пищи постоянно привлекали мух. Все это свидетельствует о значительном привлечении переносчиков.
Предыдущие исследования также показали, что обезвоженная пища привлекает млекопитающих, когда он используется в полевых условиях. Наш простой тест показал, что обезвоженная пища, даже без увлажнения, привлекает домашнюю собаку (рис. 3). При этом она стремится съесть пищу, игнорируя при этом настоящий компост.
Испытания на рост
Проведя за последние четыре десятилетия множество опытов по разработке и полевым исследованиям компостных продуктов (и продуктов вторичной переработки органики), были проведены два простых испытания по выращиванию растений с использованием типичной нормы внесения компоста и песчаной почвы. В одном из опытов была высажена ржаная трава при 25%-ной норме внесения компоста или обезвоженной пищи и 75%-ной песчаной почве. Посевы поливались, но удобрения не вносились. Как показано на рис. 4, в смеси обезвоженной пищи и почвы прорастания не наблюдалось вообще, а в смеси компоста и почвы трава процвела. Кроме того, обработка, содержащая 25% обезвоженной пищи, привлекла большое количество мух и мелких насекомых, предположительно мошек или плодовых мух, и создала значительный запах. Через две недели от обработки обезвоженным пищевым материалом пришлось отказаться, так как прорастания семян не происходило, а запах был значительным. Также было замечено, что в этой плошке скапливалось много воды (не было нормального дренажа), а поверхность почвы покрылась коркой (рис. 5).
Во втором испытании трава Мондо выращивалась в среде, содержащей 50% песчаной почвы, 25% торфяного мха и 25% компоста или один из двух обезвоженных пищевых продуктов. По два горшка с каждой смесью были высажены в почву, причем в один из них был добавлен тот же компост или обезвоженный продукт, который использовался в среде. Подкормка должна была обеспечить дополнительное питание растениям (действовать как удобрение). При этом растения поливались, но удобрения не вносились. С самого начала испытаний горшки, мульчированные обезвоженным пищевым материалом, привлекали мух и медленно принимали воду. К пятому дню на всех трех мульчированных горшках был замечен ожог верхушки, но на горшках, обработанных обезвоженным пищевым материалом, он был гораздо более значительным. В течение следующей недели ожог верхушек и пожелтение листьев усилились в четырех горшках с обезвоженной пищей, причем в горшках с мульчирующим материалом в наибольшей степени (рис. 6). Два горшка с компостом лучше принимали и отводили воду, их листья имели лучший цвет (рис. 7), а также более мощную корневую систему.
Эта тенденция сохранялась, и на 12-й день мульча с горшков, обработанных обезвоженной пищей, была удалена, чтобы посмотреть, улучшится ли рост растений. Этого не произошло, и все горшки, обработанные обезвоженной пищей, продолжали медленно набирать воду, а затем оставались очень влажными. Влажность измерялась с помощью ручного влагомера и использовалась для составления графика полива. К концу испытания (25-й день) растения в трех из четырех горшков с обезвоженной пищей были сильно повреждены, а в одном горшке растения почти полностью погибли. Этот горшок с обезвоженной пищей, содержащий 25% мульчи, оставался чрезмерно переувлажненным и содержал значительное количество живых личинок насекомых. В двух из четырех горшков с обезвоженной пищей содержались живые личинки насекомых (рис. 8).
Данные испытаний продукта
Два обезвоженных пищевых отхода, использованных в экспериментах, были отправлены в лабораторию для анализа характеристик продукции (табл. 1); для сравнения приведены также другие компосты и обезвоженные пищевые отходы из Лас-Вегаса. Химические характеристики обезвоженных пищевых материалов зависят от исходного сырья, то же самое можно сказать и о компосте. Однако некоторые характеристики обезвоженных пищевых материалов, такие как высокая электропроводность, содержание натрия и хлоридов, очень низкое содержание влаги и pH, являются препятствием для их эффективного использования в качестве почвенной добавки. Содержание натрия и хлоридов в обезвоженном пищевом сырье в два-три раза выше, чем в большинстве компостов на основе обрезков двора/пищевых отходов, которые я оценивал в прошлом. Так как известно, что эти соли повреждают семена и рассаду, а коммерческие компосты с таким высоким содержанием натрия и хлоридов не всегда доступны на американском рынке, необходимо провести дополнительные исследования роста растений.
Низкий уровень pH, высокое содержание органических веществ, плохая стабильность и зрелость обезвоженного пищевого материала указывают на то, что перед использованием его в качестве почвенной добавки требуется дополнительная биологическая стабилизация, не оказывающая пагубного влияния на рост и укоренение растений (или других вредных факторов). Количество времени, необходимое для соответствующей стабилизации, неясно, однако материалы должны быть надлежащим образом насыщены кислородом и увлажнены, чтобы сначала обеспечить заселение микроорганизмами, прежде чем произойдет биологическая стабилизация. Кроме того, высокие температуры, используемые в установках для обезвоживания, и потеря влаги приводят к уничтожению микроорганизмов в материале. Это утверждение было подтверждено секвенированием ДНК (через Genome Insights, Hillsborough, NC) образца обезвоженной пищи, полученного автором, которое выявило "отсутствие измеримой (микробной) ДНК" в образце. Нет микробной ДНК = нет живых микробов = нет микробной стабилизации.
Чрезвычайно высокое содержание органических веществ в обезвоженном пищевом сырье свидетельствует о том, что не произошло снижения содержания летучих веществ - важнейшей характеристики настоящего компоста, а значит, не было достигнуто снижение привлекательности для переносчиков инфекций. Это подтверждается образованием плесени, а также привлечением мух и диких животных к обезвоженному пищевому материалу. Неясно, означает ли эта особенность также более значительное размножение патогенных микроорганизмов в продукте. Наконец, некоторые полевые исследования показывают, что использование этого материала непосредственно из дегидратора для пищевых отходов может привлечь собак или диких животных, ищущих пищу.
Извлеченные уроки
Несмотря на то, что кухонные и коммерческие устройства для обезвоживания продуктов питания демонстрируют многообещающие возможности по управлению логистикой восстановления и переработки продуктов питания, а также по снижению "раздражающего" фактора, не похоже (за редким исключением, о котором говорилось выше), что была проделана достаточная работа по определению управления и конечной утилизации полученного продукта. Называть продукт "компостом" (или подразумевать, что это компост, рекламируя устройство как "компостер"), почвенной добавкой, удобрением или грунтом, не проведя должной проверки его конечного использования, рискованно и может сильно подорвать репутацию настоящего компоста (а также устройств для обезвоживания продуктов).
Мои ограниченные полевые испытания также выявили негативные последствия использования обезвоженного пищевого материала в почвенных смесях в отношении влагоемкости и дренажа, что является проблематичным для прорастания семян, укоренения и роста растений. В целом, для понимания эффективности конечного использования обезвоженных пищевых материалов необходимо провести дополнительные исследования. И, конечно, не совсем уместно называть получаемые в результате работы этих электродегидраторов материалы "компостом", так что называть эти технологии "компостерами" - особенно для потребителей, которые хотели бы делать компост в домашних условиях, - вводит в заблуждение.
Промышленное компостирование в США переживало периоды, когда умные технологические компании спорили о том, как быстро они смогут производить компост. Все они считали, что смогут перехитрить микробов, которые могут работать настолько быстро, насколько могут. Эти технологии и установки потерпели неудачу, нанесли ущерб отрасли и замедлили ее общий рост. Похоже, что сейчас мы находимся в ситуации, когда еще одна полезная технология, предназначенная для предварительной переработки пищевых отходов, может оказаться слишком многообещающей, что говорит о необходимости саморегулирования этой отрасли. В противном случае, возможно, потребуется вмешательство федерального правительства для регулирования индустрии электрической переработки пищевых отходов - особенно в части ее претензий на маркетинг "компостеров" и производство "компоста" - прежде чем она нанесет ущерб репутации коммерческого компоста и поставит под угрозу миллиарды долларов государственных и частных инвестиций в инфраструктуру, использованных для его разработки, не говоря уже о возможных миллиардных доходах от продажи компоста, получаемых ежегодно (при условии производства 100 млн. м3/год x $10/год).
Несомненно, обезвоженный пищевой материал может быть подвергнут дальнейшей переработке на коммерческих установках компостирования или анаэробного сбраживания и, возможно, добавлен в компостную кучу на заднем дворе или использован в вермикультуре (корм для червей). Возможно также применение в качестве кормовой добавки для животных. Однако использование материалов в качестве почвенных добавок или удобрений прямо из обезвоживающих установок чревато неприятными последствиями (например, неприятный запах, плесень, привлечение переносчиков), которые требуют дальнейшего изучения.
Следует также отметить, что индустрия коммерческого компостирования регулируется нормативными документами, а ее конечный продукт поддерживается, вероятно, более чем 100 млн. долл. университетских исследований только в США. Мы должны быть уверены, что, стремясь к более эффективной утилизации пищевых отходов, мы не позволим нерегулируемым домашним и коммерческим установкам для обезвоживания пищи (не требующим разрешения на эксплуатацию) нанести ущерб хорошо налаженной коммерческой индустрии компостирования, которая производит огромное количество эффективных продуктов для создания почвы, снижая при этом выделение метана и создавая рабочие места.
Больше статей читайте в нашем журнале.
Подписывайтесь на нас в соц. сетях:
YouTube: http://www.youtube.com/@titkinz
Telegram: https://t.me/CompostPro
Instagram: http://www.instagram.com/Compost_Pro_
