Библиографическое описание:

Ручин А. Б. Применение метода вермикультивирования для биодеградации твердых отходов // Молодой ученый. — 2013. — №3. — С. 168-171.

Обсуждаются вопросы, связанные с утилизацией твердых органических отходов с применением объектов вермикультуры — червей Eisenia foetida. Описываются субстраты, технологии вермикультивирования. Указаны направления использования биогумуса (продукта вермикультивирования) в сельском хозяйстве, биомассы червей — в животноводстве, ветеринарии и других областях.

Ключевые слова: вермикультура, черви, Eisenia foetida, твердые отходы, экологические проблемы, загрязнение.


Определение «отходы» постепенно становится все более условным, поскольку то, что было вчера «отходами», сегодня, может служить сырьем, строительным материалом, топливом, т. е. повторно использоваться человеком. Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» определяет отходы как остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства. Помимо смешения понятий это определение не охватывает некоторые виды отходов, например отходы жизнедеятельности организма. Поэтому правильнее определить отходы как нежелательную часть результата некоторого процесса деятельности человека в глобальной экосистеме [1]. Численные характеристики отходов могут характеризовать коэффициент полезного действия системы. На 1 кг готового продукта в обществе приходится 25 кг отходов, и если учесть, что на земном шаре добывается около 300 млрд. т сырья, то отходов образуется 288 млрд. т. Твердые промышленные и бытовые отходы (в широком понимании твердые отходы — ТО) засоряют и захламляют окружающий нас природный ландшафт. Кроме того они могут являться источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов в окружающую природную среду. Это создает определенную угрозу здоровью и жизни населения.

Известно более 20 основных методов обезвреживания ТО, по каждому из которых имеется от 5 до 10 технологических схем, способов переработки и типов сооружений. Классификация методов обезвреживания ТО по технологическому принципу позволяет выделить биологические, термические, химические, механические и смешанные, комбинированные способы переработки ТО. В России 97 % всего объема ТО складируется на полигонах, 2 % сжигается и 1 % компостируется. В США 85 % ТО складируется, 15 % сжигается, В Японии 45 % ТО складируется, 45 % сжигается, 10 % компостируется.

Выбор метода обезвреживания ТО в конкретном городе зависит от местных условий и осуществляется на базе технико-экономического сравнения вариантов с обязательным учетом требований санитарно-гигиенических норм.

Среди технологий переработки отходов практическое значение имеют:

  • захоронение на специально оборудованных полигонах;

  • сортировка отходов с выделением вторичного сырья и компостированием органической фракции;

  • сжигание;

  • химическая нейтрализация.

Приоритетным методом обезвреживания ТО в России в ближайшие 10 лет останется захоронение на полигонах. Вместе с тем интенсивно будут внедряться методы сепарации и компостирования ТО. О вермикомпостировании отходов как одном из способов утилизации твердых бытовых и промышленных отходов пойдет речь. Вермикомпостирование — это биологический способ утилизации органических отходов (в том числе и промышленного происхождения) дождевыми червями. Для этих целей обычно используют червя Eisenia foetida или промышленные линии этого вида. Он характеризуется высокой скоростью роста, плодовитостью (в определенных условиях потомство составляет 1500 особей в год), высокой продолжительностью жизни (до 16 лет). Биомасса одной половозрелой особи колеблется от 650 мг до 1 г. В условиях вермикультуры 1 червь откладывает до 70 коконов в год, из каждого выводятся от 2 до 20 потомков. Через 3 месяца молодь этого вида становится половозрелой [2]. Кроме него, для вермикомпостирования возможно использование и других европейских видов — дождевого червя Lumbricus terrestris, малого красного червя Lumbricus rubellus, Dendrobaena veneta. Однако они имеют существенно меньшую скорость роста и размножения и используются в вермикультуре довольно редко [3].

Технология вермикомпостирования основана на пищевой активности дождевых червей. Заглатывая и смешивая в процессе питания органические остатки с минеральными частицами почвы, переваривая их и обогащая собственной микрофлорой, ферментами, биологически активными веществами, препятствуя развитию патогенной микрофлоры, дождевые черви производят копролиты с высоким содержанием гумуса, макро- и микроэлементов. Компостную смесь получают из двух компонентов: конвертируемой части и наполнителя–структурообразователя. В качестве конвертируемой части используют органические отходы различного происхождения (к примеру, нами использовались отходы животноводства и птицеводства, сахарного производства), в качестве наполнителя-структурообразователя — песок, почву, солому, известь, мелкий гравий или синтетические гранулы. По нашему опыту можно сказать, что для достижения лучшей структуры и водопрочности структурных агрегатов вермикомпостов наиболее целесообразно использовать почву (серую лесную), нежели песок или гравий. Сырьем для производства вермикомпостов могут служить практически любые органические отходы, поддающиеся разложению (при условии создания благоприятных условий для жизнедеятельности червей). Им могут быть навозы, бытовой мусор, осадок сточных вод, отходы перерабатывающей и целлюлозо-бумажной промышленности, растительные остатки, кухонные отбросы и т. д. Черви хорошо развиваются на отходах пивоварения, свекловичном жоме, отработанном грибном компосте, промышленных отходах хлопчатника и др. Для производства вермикомпостов также можно использовать отходы, создающие опасность загрязнения окружающей среды, устранение которых сопряжено с определенными технологическими трудностями. Такими отходами являются шлам-лигнин и другие отходы целлюлозно-бумажной промышленности, птичий помет птицефабрик, опилки, полученные от деревьев лиственных пород и т. д. [4–12]. Рациональным способом их использования может стать переработка, способствующая, в частности, снижению содержания в субстратах тяжелых металлов за счет аккумуляции последних в биомассе дождевых червей, а также переводу в малоподвижную форму [13].

Важным условием успешного вермикомпостирования является необходимость предварительного тестирования органических отходов на токсичность для дождевых червей. Тест на токсичность включает смешивание и увлажнение небольшого количества органических отходов с наполнителем, и введение в подготовленный субстрат дождевых червей. Показателями токсичности субстрата и необходимости его дальнейшей переработки являются: низкая двигательная активность дождевых червей и их выползание на поверхность субстрата [14].

Первый этап вермикомпостирования заключается в получении органоминеральной компостной смеси. Органические отходы и наполнители смешиваются и увлажняются до 70–80 %. Для уменьшения времени биоконверсии органических отходов обязательным условием является их предварительное измельчение. Обычно эта стадия предварительного компостирования (ферментации) субстрата приводит к активному размножению микроорганизмов и его температура поднимается до 40–600С. Продолжительность такой стадии, при условии правильного увлажнения и перемешивания субстрата, составляет 20–30 суток. На втором этапе полученные компостные смеси заселяют культурой дождевых червей. Субстрат при этом должен иметь влажность 80–85 %, которую контролируют. Для предупреждения покидания дождевыми червями конвертируемых субстратов в период массового размножения, а также на последних этапах вермикомпостирования необходимым условием является добавка небольших порций органических отходов. Дополнительные порции органических отходов можно вносить двумя способами — локально или послойно. Для защиты от личинок яйцекладущих насекомых (плодовые мушки дрозофилы) рекомендуется использование механической защиты в виде тканевых укрытий.

Технология вермикомпостирования является практически безотходной. Она основана на способности червей поглощать в процессе своей жизнедеятельности органические остатки и почву, которые в организме червей измельчаются, химически трансформируются, обогащаются питательными элементами, ферментами и микроорганизмами. В результате всех этих процессов получается высокоэффективное органическое удобрение — биогумус. Биогумус (=вермикомпост) — экологически чистое, биологически активное органическое удобрение. Содержание гумуса в зрелом вермикомпосте достигает 10–20 %. Гуминовые кислоты, образующиеся в кишечнике дождевых червей, входят затем в комплексные соединения с минеральными компонентами почвы и долго сохраняются в виде водостойких, гидрофильных агрегатов. В вермикомпостах аккумулировано большое количество макро- и микроэлементов в доступной для растений форме. Их содержание зависит от состава исходного органического материала. В среднем, содержание азота колеблется от 1 до 2,4 %, фосфора — от 0,4 до 1 %, калия — 0,9–2,3 %, кальция — 7,1–14,6 %, магния — 0,6–1,6 %, натрия — 0,3–1 %, серы — 0,3–1,4 %. Микроэлементы в вермикомпостах содержатся также в концентрированном виде: марганец — 0,34–0,67 %, медь — 0,27–0,49 %, цинк — 0,07–0,16 %, бор — 0,01–0,03 %. По сравнению с традиционными компостами аналогичного состава, содержание макро- и микроэлементов в вермикомпостах значительно выше. Однако, вследствие высокой потребности дождевых червей в азоте и включению его в биомассу беспозвоночных, содержание азота в вермикомпостах ниже, чем в традиционных микробиологических компостах [7, 8, 10, 15].

Важнейшее следствие прохождения субстратов при вермикомпостировании через кишечник дождевых червей — оптимизация кислотности. При традиционном компостировании и в естественных условиях при разложении органических отходов в почву высвобождаются органические кислоты, рН становится кислой. После переработки органических отходов методом вермикомпостирования кислотность конечного продукта близка к нейтральной. Одной из причин оптимизации кислотности считается способность червей поглощать из почвы кальций [7, 8, 10].

Применение биогумуса оказалось высокоэффективным в овощеводстве, цветоводстве, при выращивании лесного посадочного материала. Использование вермикомпостов ускоряет процесс прорастания семян, снижает стресс от пересадки растений, облегчает получение ранней продукции. Применение вермикомпостов стимулирует рост растений в вегетационных условиях, положительно воздействует на их развитие. Так, происходит увеличение скорости роста ячменя, усиливается энергия прорастания семян зерновых, зеленых культур, корнеплодов. Применение вермикомпостов повышает урожайность пшеницы, сахарной свеклы, редиса, кукурузы, картофеля, овощей, фруктов [11, 14, 16, 17].

Перспективным является использование вермикомпостов для культивирования растений в закрытом грунте [17], где их используют, во-первых, в качестве почвоулучшителя, во-вторых, как компонент тепличных почвогрунтов. Использование вермикомпоста в качестве почвоулучшителя позволяет продлить срок эксплуатации тепличных почвогрунтов до 4 лет. Обладая хорошей структурой и водопрочностью структурных агрегатов, вермикомпосты способны значительно уменьшать степень и темпы уплотнения тепличных почвогрунтов, оказывать рыхлящее воздействие, превосходящее воздействие опилок или навоза животных. При добавлении к тепличному грунту вермикомпостов наблюдается тенденция увеличения количества наиболее ценных в агрономическом отношении фракций. При использовании вермикомпостов как компонентов тепличных грунтов в условиях экологически чистой технологии возделывания разработаны пропорции их внесения, поскольку при очень высоких нормах внесения биогумусов может наблюдаться угнетение растений, особенно на ранних этапах развития [14, 17].

Таким образом, преимуществами вермикомпостирования, по сравнению с другими видами биоконверсии органических отходов, являются: ускоренная дезодорация; отсутствие необходимости принудительной аэрации и перемешивания; ускорение разложения и минерализации органического материала в 2–5 раз; снижение кислотности среды; увеличение коэффициента гумификации в 1,5–2,5 раза; обеззараживание компоста (снижение содержания патогенных бактерий и семян сорняков); увеличение гомогенности конечного продукта. Возможности и перспективы этой современной биотехнологии могут сыграть большую роль в трех важнейших областях деятельности человека на Земле: экологической, сельскохозяйственной и здравоохранительной. Во-первых, решаются некоторые экологические проблемы — утилизация органических отходов различных производств при одновременном освобождении территорий от завалов. Во-вторых, производство из вермикомпоста экологически чистых органических удобрений и гуминовых препаратов и их применение в сельском хозяйстве помогут решить проблемы в биотехнологии, растениеводстве, животноводстве, пушном звероводстве и рыбоводстве. Эти препараты могут найти самое широкое применение не только как стимуляторы роста, но и как адаптогены, средства защиты от заболеваний, иммунопротекторы в ветеринарии, биологически активные добавки к кормовым смесям и субстратам, средства для снятия почвоутомления. И, наконец, препараты БАВ из тканей дождевых червей могут применяться в медицине и косметике. В некоторых странах (США, Япония, Южная Корея, Израиль, Венгрия и Китай) дождевые черви используются при производстве препаратов для фармацевтики и косметики. В настоящее время биомасса червей уже используется в качестве источника белка для балансирования кормовых рационов домашней птицы, свиней, прудовой рыбы. Следует отметить, что пищеварительная система некоторых животных эволюционно приспособлена к употреблению дождевых червей в пищу. Норма потребления полноценного белка должна составлять 10 % от общего количества белка, и удовлетворяется полностью при добавлении в корм 1 г червей на 1 кг живой массы в сутки с учетом что в биомассе червей содержится около 10 % полноценного белка. Черви могут скармливаться животным в сухом и вареном виде [5].


Литература:

  1. Пупырев Е. И. Системы жизнеобеспечения городов. М.: Наука, 2006. 247 с.

  2. Игонин А. М. Дождевые черви. Ковров, 2002. 189 с.

  3. Тиунов А. В. Компостные черви, вермикомпостирование и вермикомпост: направление научных исследований в последнее десятилетие // Мат. II-й межд. конф. «Дождевые черви и плодородие почв». Владимир: Грин-ПИКь, 2004. С.9–10.

  4. Ручин А. Б., Ревин В. В., Иванов А. Ю., Рыскина Н. Н. Использование навозных червей для утилизации свекловичного жома // Дождевые черви и плодородие почв: Мат. Межд. конф. Владимир, 2004. С. 108–109.

  5. Унжаков А. Р., Ручин А. Б. Вермитехнология в звероводстве: кормовая добавка, биогумус и утилизация отходов // Современные проблемы и методы экологической физиологии и патологии млекопитающих, введенных в зоокультуру. Петрозаводск, 2009. С. 282–285.

  6. Ручин А. Б., Ревин В. В. Вермикультивирование как путь решения некоторых экологических проблем // Наука и инновации в Республике Мордовия. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. С. 724–726.

  7. Ручин А. Б., Ревин В. В., Иванов А. Ю. Способ получения биогумуса. Пат. № 2255077 от 27.06.2005.

  8. Ручин А. Б., Ревин В. В. Способ получения биогумуса. Пат. № 2339601 от 27.11.2008.

  9. Чекановская О. В. Дождевые черви и почвообразование. М: АН СССР, 1985. 203 с.

  10. Морев Ю. Б. И корм, и удобрение // Сельское хозяйство Киргизии. 1988. № 1. С. 36–37.

  11. Битюцкий Н. П. Влияние червей на трансформацию органических субстратов и почвенное питание растений // Почвоведение. 1998. № 3. С. 309–315.

  12. Жариков Г. А., Фартуков С. В., Туманский И. М., Ищенко Н. В. Утилизация отходов предприятий микробиологической промышленности методом вермикомпостирования // Биотехнология. 1993. № 1. С. 21–23.

  13. Попкович Л. В., Просянников Е. В., Бофкун Г. Ф. Влияние различных способов подготовки субстрата для вермикультуры и его переработки компостными червями на экологическое качество копролита // Мат. II-й межд. конф. «Дождевые черви и плодородие почв». Владимир: Грин-ПИКь, 2004. С. 84–85.

  14. Жигжитова И. А., Корсунова Т. М. Методические рекомендации по получению и применению вермикомпостов (биогумуса) для повышения урожая и качества сельскохозяйственных культур. Улан-Удэ, 1999. 18 с.

  15. Гоготов И. Н. Характеристика биогумусов и почвогрунтов, производимых некоторыми фирмами России // Мат. I-й межд. конф. «Дождевые черви и плодородие почв». Владимир: Грин-ПИКь, 2002. С. 96–99.

  16. Ручин А. Б., Колмыкова Т. С., Рыскина Н. Н. Свойства биогумуса, применяемого для повышения плодородия почв // Аграрная наука в решении проблем АМК и экологии региона: Мат. конф. Великий Новгород, 2004. С. 97–98.

  17. Ручин А. Б., Ревин В. В., Рыскина Н. Н., Колмыкова Т. С. Влияние биогумуса на продуктивность редиса в условиях закрытого грунта // Современные проблемы естествознания — 2004. Агробиотехнологии. Владимир, 2004. С. 124–126.


Обсуждение

Социальные комментарии Cackle