Промышленная переработка органических отходов на основе вермикомпостирования

Проблема повышения производительности сельскохозяйственного производства наряду с проблемой переработки промышленных и бытовых органических отходов являются актуальными задачами наших дней. Без их решения невозможно справиться с глобальными проблемами обеспечения возрастающего населения продуктами питания и одновременной колоссальной нагрузкой на экологическую систему планеты Земля. Бесспорно, необходимо переходить на новые технологии ведения сельского хозяйства и переработки отходов.

К сожалению, современные инновационные технологии требуют серьёзных капиталовложений и длительного времени для их внедрения. Пока же загрязнение воздушного пространства, природы отходами производства и отравление пахотных земель и воды  минеральными удобрениями, пестицидами и гербицидами будет продолжаться во всё возрастающих масштабах. На повестки дня стоит уже не только проблема ухудшение здоровья людей, но и нарушение генетического механизма человека, что грозит большими проблемами для современной цивилизации.

 Одной из серьёзных потенциальных возможностей повышения энерго эффективности на любых стадиях как промышленного, так и сельскохозяйственного производства является интенсификация физико-химических и биохимических реакций, протекающих в процессе этих производств. Например, при переработке отходов жизнедеятельности человека и сельскохозяйственного производства. На решение этой задачи нацелены значительные финансовые и технические ресурсы, которые полностью не решают проблему утилизации отходов. В то же время, в большинстве случаев эти отходы содержат большое количество органических соединений, которые, при грамотном подходе, можно превратить в ценный продукт - биогумус, получаемый  путем вермикомпостирования, например, иловых осадков станций биологической очистки городских стоков, также отходов пищевой промышленности, животноводческих ферм и птицефабрик. Использование вермикультур (от лат. vermin - червь) для переработки органических отходов и повышения плодородия почв является одним из перспективных направлений биотехнологии. В настоящее время преобладающей тенденцией является использование красного калифорнийского червя - выведенной селекционным путем линии навозного червя, которая отличается значительной плодовитостью, утратой инстинкта покидания своего местообитания при неблагоприятных условиях среды, высокой степенью адаптации к переработке специфических видов отходов. Применение традиционных технологий вермикомпостирования отходов позволяет при достаточном количестве питательной среды (компоста) и создания заданных параметров микроклимата ежемесячно удваивать количество живой биомассы. В процессе переработки червями 1 тонны компоста образуется 600 кг сухих гумусных удобрений (25-40% биогумуса), содержащих все необходимые для развития растений макро- и микроэлементы, и 100 кг биомассы, в состав которой входит порядка 60% полноценного высоко усвояемого белка (тогда, как в одной растительной кормовой единице перевариемого белка лишь 8-10%).

Вермикомпостирование основано на способности червей поглощать в процессе своей жизнедеятельности растительные остатки и почву. В организме червей они измельчаются, химически трансформируются, обогащаются некоторыми питательными элементами, ферментами и микроорганизмами. Вермикомпост - это продукт, получаемый из органических отходов, подвергнутых физико-химической, биохимической и микробиологической трансформации в кишечнике дождевых червей.

Современное состояние исследований в данной области

Технология вермикомпостирования уже широко применяется в мировой практике, Однако на сегодняшний день с помощью традиционных подходов вермикомпостирования  трудно справиться с громадными объёмами осадков очистных сооружений городских канализаций, промышленных отходов, представляющей собой агрессивную среду, неблагоприятную для дождевых червей. Одним из наиболее значимых антропогенных загрязнителей осадков сточных вод являются тяжелые металлы.

В такой среде, как правило, дождевые черви заводятся после трёх-пяти лет лёжки отходов на иловых площадках, которые занимают значительные земельные участки вокруг городов. При переработке компоста иловых отходов червями, тяжелые металлы не задействуются в обмене их веществ. Они накапливаются в репродуктивных органах, богатых протеинами с сульфогидрильными, карбоксильными и др. группами, обладающими способностью активно связывать металлы, превращая их в нерастворимые в воде металлоорганические соединения. Однако, червям требуется длительное время для их адаптации к конкретным средам иловых осадков сточных вод после их длительной ферментации, а скорость размножения наиболее плодовитых на сегодняшний день калифорнийских червей не позволяет перерабатывать в промышленных масштабах осадки очистных сооружений крупных городов.

Предлагаемые новые методы вермокомпостирования с помощью ОРВ технологии

ОРВ технология может с успехом применена для существенной интенсификации производства экологически чистого биогумуса из иловых осадков станций аэрации городских стоков, в том числе и содержащих тяжелые металлы. Актуальность данной проблемы для многих стран несомненна, ибо суммарное количество этих отходов составляет сотни млн. тонн, а экономически выгодные технологии, приемлемые в эколого-гигиеническом, технологическом и экономическом плане, отсутствуют.

Интенсификация производства биогумуса основывается на возможности ускорять с помощью ОРВ технологии биохимические процессы, как в организмах самих червей, так и в микроорганизмах, находящихся в иловых осадках. Совместная интенсификация жизнедеятельности микроорганизмов и червей позволяет добиться синергетического эффекта. Так, ускорение биохимических процессов в микроорганизмах значительно увеличивает скорость их размножения, что приводит к интенсификации процессов ферментации иловых осадков, благодаря чему снижается агрессивность среды обитания червей и ускоряется их адаптация к этой среде. Одновременно с ускорением ферментации осадков, увеличивающаяся колония микроорганизмов,- масса которых состоит в основном из белка,- поставляет червям прекрасный белковый корм, позволяющий им активно наращивать свой вес. Ускорение биохимических процессов в организме самих червей приводит к интенсивному их росту и более быстрому достижению половой зрелости и усилению их репродуктивных возможностей, а значит скорости размножения.

Результаты  предварительных  исследований на термофильно сброженных осадках очистных сооружений Мосводоканала показал следующие результаты. Обыкновенные дождевые черви в свежих осадках гибнут в течение 2-3 дней, что сопряжено с высокой кислотностью этих осадков.  Постепенное привыкание червей осуществлялось в течение месяца.

С помощью ОРВ технологии в течение четырёх месяцев интенсифицировали жизнедеятельность микроорганизмов и червей, которые были помещены в ящик, состоящий из трёх отсеков. Первоначально черви вместе с почвой, в которой они обитали до начала испытаний, поместили в первой отсек ящика. Во второй отсек поместили смесь из исходной почвы и термофильно сброженного осадка в пропорции 50 на 50, а в третий отсек полностью заполнили свежим термофильно сброженным осадком. Через месяц практически все черви переползли в третий отсек, в котором они активно размножались в течение последующих трёх месяцев. Через четыре месяца число червей в ящике увеличилось с первоначальных 200 особей до более 22 000, не считая множество вновь народившихся белых червецов. Таким образом, за четыре месяца предварительных испытаний количество червей возросло более чем в 100 раз, если экстраполировать этот результат на год, то скорость размножения составит более 1 миллиона, что практически на два-три порядка превосходит скорость размножения калифорнийских червей. Именно такая скорость размножения червей, достигаемая с помощью ОРВ технологии, даёт основание утверждать, что найден экологически чистый эффективный механизм, позволяющий в промышленных масштабах перерабатывать иловые осадки очистных сооружений городских канализаций.

Одновременно с этим, результаты проведенных нами предварительных исследований свидетельствуют о том, что черви изымают из субстрата и аккумулируют в своем теле такие тяжелые металлы, как свинец, кадмий, медь, цинк, мышьяк. Так, за четыре месяца утилизации червями термофильно сброженных осадков данный метод позволяет произвести биоконверсию осадка с изъятием из него тяжёлых металлов до уровня, предъявляемого к органическим удобрениям. При этом содержание основных патогенных элементов в среде понизился до уровня экологически чистого удобрения (биогумус).

Используя полученные данные в перечисленных выше исследованиях, на следующих этапах целесообразно провести испытания для разработки промышленной технологии переработки иловых осадков с учётом климатических особенностей тех или иных регионов, а так же провести агропромышленные испытания полученных биогумусов, с последующей разработкой рекомендаций области его применения.

Учитывая, что червей можно использовать при изготовлении многих эффективных лекарственных препаратов, то значительное увеличение скорости размножения червей позволит наладить в широких масштабах производство фармацевтической продукции, по эффективности действий превосходящую ту, что изготавливается в настоящее время. Например, спиртовая настойка на червях, у которых очищен кишечный тракт, является превосходным препаратом для быстрого заживления любых ран, вплоть до трофических язв.

Выводы

1. Внедрение ОРВ технологии позволяет в промышленных масштабах проводить утилизацию отходов сельскохозяйственных производств (включая навоз), твердых иловых осадков станций очистки городских стоков и других органических отходов, и тем самым уменьшить экологический ущерб, снизить эпидемическую опасность для населения, существенно повысить эффективность агропромышленного комплекса в результате использования органического удобрения. Применение биогумуса в 15-20 раз эффективнее применения минеральных удобрений. Питательные вещества, находящиеся в нем, легко усваиваются растениями, обладают пролонгированными свойствами.
2. Черви представляют собой ценнейший корм для птиц, рыбы, свиней, крупного рогатого скота. Содержание специфического белка в них более 60%. Промышленные расы червей при их внесении в почву восстанавливают и повышают ее плодородие, успешно перерабатывают различные органические включения (листья, солома, навоз, бытовой мусор).
3. Адаптация ОРВ технологии к местным условиям биотехнологии переработки органических отходов фермерских хозяйств, городских очистных сооружений позволит устранить критическую антропогенную нагрузку на окружающую среду наряду с производством экологически чистых органических удобрений и кормового белка.

Содержание | Публикация | Контакты