Растущее количество текстильных отходов из натуральных волокон подчеркивает насущную необходимость в стратегиях устойчивого управления. В новом исследовании изучалась биодеградация текстиля из вискозы, хлопка и льна в контролируемых условиях компостирования и вермикомпостирования в течение четырехмесячного цикла для оценки динамики их разложения и качества полученных продуктов.
Текстильная промышленность является одним из крупнейших источников твердых отходов в мире, что обусловлено быстрыми циклами потребления, доминированием синтетических волокон и отсутствием эффективной утилизации отходов.
Растущая обеспокоенность состоянием окружающей среды и необходимость цикличности в цепочках создания стоимости в текстильной промышленности стимулировали интерес к устойчивым технологиям переработки и восстановления, включая биологическую деградацию натуральных и регенерированных волокон.
Натуральные и регенерированные целлюлозные волокна значительно различаются по морфологии, кристалличности и наличию нецеллюлозных компонентов, что определяет их доступность для микробного и ферментативного распада.
Хлопок — это натуральное целлюлозное волокно с высокоупорядоченной кристаллической структурой и типичной морфологией скрученной ленты, в то время как вискоза — это регенерированное целлюлозное волокно с более низкой кристалличностью, большим содержанием аморфной фазы и более высокой гидрофильностью, которые усиливают его биоразлагаемость.
Лен (лубяное волокно) содержит целлюлозу, встроенную в матрицы гемицеллюлозы, пектина и лигнина, которые могут препятствовать микробному воздействию, но способствуют механической прочности и долговечности.
Поэтому эти три вида волокон – хлопок, вискоза и лён – были выбраны в исследовании ученых Кафедры агроэкологической химии и питания растений Чешского университета естественных наук в качестве репрезентативных примеров широко используемых и структурно разнообразных текстильных материалов, встречающихся в современных потоках бытовых и промышленных отходов. Их сравнение в данном исследовании позволяет лучше понять, как внутренние характеристики волокон влияют на кинетику разложения и качество компостированных и вермикомпостированных продуктов.
Текущие цели управления отходами по переработке идеально увязываются с методами компостирования и вермикомпостирования для биодеградации и преобразования натуральных текстильных волокон в богатый питательными веществами компост и вермикомпост.
Компостирование, как контролируемый микробный процесс, использует оптимальные температурные и влажностные условия для ускорения расщепления целлюлозных волокон, в то время как вермикомпостирование дополнительно включает деятельность дождевых червей, которые ускоряют преобразование органического материала в пригодное для использования удобрение. Вермикомпостирование также использовалось для увеличения скорости и эффективности биодеградации шлама текстильной промышленности и шлама красителей.
Было показано, что натуральные волокна, такие как хлопок и конопля, разлагаются более эффективно в условиях компостирования, в зависимости от их химического состава и обработки.
Компостирование способствует развитию грибных сообществ, разлагающих целлюлозу, и общего биоразнообразия, существенно ускоряя расщепление субстратов, богатых целлюлозой.
Вермикомпостирование может быть ещё более эффективным благодаря деятельности дождевых червей, которые не только ускоряют распад натуральных текстильных волокон, но и обогащают полученный компост питательными веществами. Компостирование и вермикомпостирование представляют собой устойчивое решение для утилизации больших объёмов текстильных отходов из натуральных волокон, которые в противном случае оказались бы на свалке. Полученный компост или вермикомпост повышает плодородие почвы и сокращает использование синтетических удобрений.
Предыдущие исследования документировали деградацию текстильных материалов после захоронения в почве или в лабораторных условиях, однако сравнительные исследования биодеградации различных натуральных и регенерированных целлюлозных тканей в системах компостирования и вермикомпостирования остаются редкими.
Более того, большинство существующих исследований сосредоточено на физическом разложении или микробных аспектах, мало внимания уделяется агрономическому качеству и безопасности получаемых компостов или вермикомпостов. Систематическая оценка, связывающая динамику деградации волокон со зрелостью компоста, профилем питательных веществ и потенциальным загрязнением микроэлементами, до сих пор отсутствует.
Настоящее исследование устраняет эти пробелы в знаниях, сравнивая биодеградацию вискозных, хлопковых и льняных тканей при четырех сценариях биологической обработки: компостирование на открытом воздухе, контролируемое аэрируемое компостирование, вермикомпостирование на открытом воздухе и вермикомпостирование в домашних условиях с калифорнийскими червями Eisenia andrei.
Цели заключались в следующем: (i) оценить эффективность деградации каждого типа волокна в различных системах, (ii) оценить, как структура волокна влияет на скорость и полноту разложения, и (iii) определить, влияет ли включение текстильных волокон на физико-химические и агрономические свойства получаемого компоста и вермикомпоста.
Исходя из этих целей, были сформулированы три гипотезы: (1) вермикомпостирование ускоряет биодеградацию по сравнению с традиционным компостированием; (2) волокна значительно различаются по своей биоразлагаемости из-за различий в структурных и химических характеристиках; и (3) включение текстильных волокон не оказывает отрицательного влияния на агрономическое качество или безопасность конечного компоста/вермикомпоста.
Биоразлагаемость текстиля и качество конечного продукта количественно оценивались по потере веса, микроскопической оценке и изменению pH, электропроводности, летучих твердых веществ, соотношения углерода к азоту (C/N), содержания макроэлементов и уровней потенциально токсичных соединений.
Ко второму месяцу текстиль достигал полной (100%) деградации при компостировании на открытом воздухе и в обеих системах вермикомпостирования; контролируемое компостирование достигло 87% разлагаемости на 2-й месяц, 94% на 3-й месяц и 99% на 4-й месяц.
Во всех системах соотношение C/N стабилизировалось на уровне около 11, а полученные компост и вермикомпост соответствовали стандартам качества по питательным веществам и критериям безопасности по токсичности. Результаты подтверждают, что как компостирование, так и вермикомпостирование являются подходящими методами переработки текстильных отходов из натуральных волокон, позволяя получать экологически безопасные и агрономически ценные продукты, способствующие циклическому управлению отходами в текстильной промышленности.
Связывая кинетику разложения волокон с показателями качества компоста, это исследование способствует лучшему пониманию вариантов устойчивого управления биоразлагаемыми текстильными отходами в рамках циклической биоэкономики.
Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15122700