Применение штаммов бактерий для компостирования городских отходов



Экологически безопасным и экономически эффективным способом утилизации отходов городского хозяйства органического происхождения является компостирование. Для ускорения процесса трансформации субстратов (шламы автомоек и опалые листья) использовали штаммы бактерий ТМ-6, ММ-17, ММ-18 обладающие, свойством нейтрализации токсического действия тяжелых металлов (ТМ) и нефтепродуктов. После четырехмесячного компостирования получены субстраты различного компонентного состава, которые оценивались методом фитоиндикации. В результате проведенных исследований выявленно, что при фитоиндикации субстрат листья с шламами в пропорции 1:1 обработанный штаммом ММ-18 оказывает положительное влияние на рост и развитие растений. Установлено, что концентрация хрома для шламов в 6,9 раз больше ПДК, в остальных компоста ниже ПДК. При определении суммарного количества нефтепродуктов обнаружен максимальный уровень их деструкции штаммом ММ-17–25,9 %. Положительное влияние штаммов бактерий на детоксикацию городских отходов показывает, что для получения полноценного компоста необходимо более длительное время трансформации субстратов.

Ключевые слова: шламы автомоек, штаммы бактерии, компостирование, фитоиндикация, тяжелые металлы, нефтепродукты

Введение. Одной из проблем расширения и развития современных городов является загрязнение окружающейсреды промышленными и коммунальными отходами. В Крыму: из 28 официально зарегистрированных полигонов и свалок функционируют только 9, у остальных срок эксплуатации уже закончился [1]. Вслед за городами стремительно растут городские автопарки и соответственно увеличивается численность автомоек [2]. Так, шламы автомоек содержат нефтепродукты (дизельное топливо, бензин, автомобильное моторное масло), тяжелые металлы (ТМ), поверхностно-активные вещества и другие токсичные соединения [3, 4].

Важную функцию экологической защиты города выполняют древесные насаждения. Опавшие листья являются главными аккумуляторами техногенных тяжелых металлов, а также содержат большое количество трудно разлагаемых органических соединений [5].

Экологически безопасным и экономически выгодным способом утилизации отходов человеческой деятельности, в том числе и осадков сточных вод, является компостирование. Микроорганизмы участвуют в трансформации токсикантов, в запасе и переходе питательных веществ в доступную для растений форму, в гумусообразовании — что составляет основу почвенного плодородия [6]. Так, утилизация городских отходов, в частности шламов автомоек в черте города Симферополя, мало изучена, исследования в этой области принадлежат к числу наиболее актуальных проблем современного города.

Целью данной работы являлось получение высокопродуктивного компоста. Основная задача состояла в подборе оптимального соотношения субстратов и поиск эффективных штаммов для бактеризации компоста.

Материалы иметоды. В работе для бактеризации компоста были использованы ранее выделены нами эффективные штаммы микроорганизмов: ТМ-6, ММ-17, ММ-18, устойчивые к действию тяжелых металлов и нефтепродуктов [7]. Компостировали шламы автомоек с опалыми листьями рекреационных зон г. Симферополя. Для определения фитотоксичности компостируемой массы в процессе их трансформации использовали тест-растение: газонную траву Райграс английский Lolium perenne (L.), которую высевали в компост через 4 месяца от начало компостирования шламов. Для этих исследований нами использован метод почвенных пластинок по Н. А. Красильникову [8]. Фитотоксичность рассчитывается по формуле: Ф(%) = (длина ростка на контроле — длина на экспериментальном участке)×100 / длина ростка на контроле. Оценка фитотоксичности проведена по четырем группам: 1. менее 20 — фитотоксичность не проявляется; 2. 20–40 — слабая фитотоксичность; 3. 40–60 — средняя фитотоксичность; 4. более 60 — сильная фитотоксичность [9]. Определения концентрации тяжелых металлов (Cu, Pb, Cr и Hg) и нефтепродуктов в компосте анализировали атомно-абсорбционным спектрофотометром.

Результаты иобсуждения.Установлено, что подавление количества проростков в образцах превышало 25 % относительно контроля, в то же время токсичность субстратов не влияла на высоту проростков(табл. 1). Минимальное ингибирование длины корней наблюдалось в варианте при обработке штаммом ТМ-6 листья (Л) + шламы (Ш) 1:1 и составило 6,0 %. Установлен средний показатель токсичности шламов, так подавление количества проростков составило 41,4 %, подавление высоты проростков — 54,6 %, подавление длины корней — 44,0 %. Результаты наших исследований показали, что после четырех месяцев компостирования субстрат не теряет своей токсичности в большинстве вариантов опыта. Однако, при инокуляции штаммами ММ-18 в равных пропорциях: Л + Ш (1:1) выявлено положительное влияние на все параметры развития растения.

Таблица 1

Фитотоксичность компоста по интенсивности развития газонной травы Loliumperenne (L.)

Вариант опыта	Количество проростков, шт.	Фитотоксичность по количеству проростков,%	Длина корней, мм	Фитотоксичность по длине корней,%	Высота проростков, мм	Фитотоксичность по высоте проростков, %
Контроль (увлажненная фильтровальная бумага)	21,0	-	33,6	-	27,1	-
Л+Ш (1:1)	14,7	30,0	39,9	-18,8	38,5	-42,1
Л+Ш (1:2)	14,5	31,0	28,7	14,6	27,7	-2,2
Л+Ш(1:1) +ТМ-6	13,7	34,8	31,6	6,0	28,0	-3,3
Л+Ш(1:2)+ТМ-6	19,0	9,5	24,0	28,6	30,3	-11,8
Л+Ш(1:1)+ММ-17	17,0	19,0	27,0	19,6	30,9	-14,0
Л+Ш(1:2)+ММ-17	14,0	33,3	22,9	31,8	28,1	-3,7
Л+Ш(1:1)+ММ-18	19,5	7,1	27,6	17,9	27,6	-1,8
Л+Ш(1:2)+ММ-18	16,5	21,4	25,6	23,8	29,4	-8,5
Шламы	12,3	41,4	18,8	44,0	12,3	54,6
НСР05	2,6		1,68		1,96

Примечания: Л — листья, Ш — шламы.

По результатам спектрального анализа определено содержание в компостируемых смесях ТМ (табл. 2). В каждом из вариантов ТМ не превышали предельно допустимую концентрацию ионов меди (<0,2) и ртути (<0,005). Концентрация хрома в шламах в 6,9 раз выше ПДК почв, а в остальных вариантах — в пределах допустимой концентрации.

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов (Pb, Cr) вкомпосте, мг/кг

Вариант опыта	Металлы
	Pb(мг/кг)	Cr(мг/кг)
Л+Ш(1:1)	< 5,0	< 2,0
Л+Ш(2:1)	< 5,0	< 2,0
Л+Ш(1:1) +ТМ-6	< 5,0	< 2,0
Л+Ш(2:1) +ТМ-6	< 5,0	< 2,0
Л+Ш(1:1) +ММ-17	< 5,0	4,5
Л+Ш(2:1) +ММ-17	< 5,0	2,1
Л+Ш(1:1) +ММ-18	< 5,0	< 2,0
Л+Ш(2:1) +ММ-18	< 5,0	< 2,0
Шламы	< 5,0	41,6
ПДК в почве	6,0	6,0

Примечания: Л — листья;Ш — шламы.

Также проводили анализы по определению количественного содержания в субстратах нефтепродуктов. В процессе детоксикации субстратов выявлено, что максимальный уровень деструкции после 4 месяцев компостирования для нефтепродуктов составлял 25,9 % в варианте опыта с использованием компоста, компоненты которого взяты в соотношениях 1:2(листья: шламы) с обработкой штаммом ММ-17 (рис.1). Ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) нефтепродуктов в почвах России — 3г/кг почвы.

Рис. 1. Содержание нефтепродуктов в компостируемых субстратах

Примечания: Л — листья;Ш — шламы.

В субстратах также определяли содержание анионные поверхностно-активные вещества, однако после четырехмесячного компостирования существенных изменений не выявлено.

Выводы. Таким образом, в результате проведенных исследований выявленно, что при фитоиндикации субстрат Л+Ш(1:1) обработанный штаммом ММ-18 оказывает положительное влияние на рост и развитие растений. Установлено, что концентрация хрома для шламов в 6,9 раз больше ПДК, в остальных компоста ниже ПДК. При определении количественного состава нефтепродуктов обнаружен максимальный уровень их деструкции штаммом ММ-17–25,9 %. Положительное влияние штаммов бактерий на детоксикацию городских отходов показывает, что для получения полноценного компоста для применения его в садово-парковом хозяйстве, необходимо более длительное время трансформации субстратов.

Литература:

1. Перова, Д. В. Информационно-аналитический доклад «Крым: территория зеленой экономики» / Д. В. Перова, А. В. Перов, И. В. Юшков // М.: Фонд «Национальной энергетической безопасности» (ФНЭБ) — 2015.- 66с.
2. Якубова, Э. Р. Экологическое обследование автомоекг. Симферополя / Э. Р. Якубова // Строительство и техногеннаябезопасность — Симферополь. — 2010. — № 32 — С. 157–162.
3. Букатенко, Н. А. Результаты токсикологической оценки отработанных моющих растворов / Н. А. Букатенко, Л. А. Васьковец // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2012. — № 6 (59) том 5. — С. 47–49.
4. Абдурашитова, Э. Р. Качественный и количественный состав тяжелых металлов в шламах автомоек г.Симферополя /Э. Р. Абдурашитова, Л. А. Чайковская // Біосфера XXI століття. — Севастополь — 2011. — С. 5–6.
5. Ларионов, М. В. Содержание тяжелых металлов в листьях городских древесных насаждений /М. В. Ларионов // Вестник КрасГАУ. — 2012. — № 10 Экология — С. 71–75.
6. Calleja-Cervantes M. E., Menéndez S., Fernández-González A. J. et al. Changes in soil nutrient content and bacterial community after 12years of organic amendment application to a vineyard // European Journal of Soil Science. — July 2015. — Vol. 66, Issue 4. — p. 802–812.
7. Абдурашитова, Э. Р. Селекция новых штаммов микроорганизмов, устойчивых к тяжелым металлам, нефтепродуктам и поверхностно-активным веществам / Э. Р. Абдурашитова, С. Ф. Абдурашитов // Приволжский научный вестник. — 2015. — № 6–1 (46). — С. 24–27.
8. Методы изучения почвенных микроорганизмов и их метаболитов / под ред. Н. А. Красильникова. — М.: Изд-во МГУ, 1966. — 216 с.
9. Максимова, Н. Б. Оценка токсичности и загрязненности почв методом фитоиндикации / Н. Б. Максимова, Г. Г. Морковкин, А. Лаврентьева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2003. — № 2. — С. 106–112.