Главная страница
Сведения об авторах

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРМИКУЛЬТУРЫ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ КАРТОННО-ТАРНЫХ КОМБИНАТОВ

Крот Ю.Г., Соломатина В.Д., Малыжева Т.Д.

Институт гидробиологии НАН Украины (Киев)

Состояние природных ресурсов, загрязнение окружающей среды отходами хозяйственной деятельности человека требуют новых технологических подходов, направленных не только на их утилизацию и инактивацию, но и превращение в полезный продукт.
Значительную угрозу загрязнения окружающей среды представляют твердые отходы, образующиеся как при очистке сточных вод, так и в технологических циклах различных производств. Так, для захоронения отходов картонно-тарных комбинатов используются значительные территории, экологическое состояние которых весьма неблагонадежное.
Известно, что в процессах самоочищения и улучшения плодородия почв ведущее место принадлежит биологическим факторам. В связи с этим особое внимание для переработки различных органических отходов необходимо уделить использованию вермикультуры, которая дает возможность получения биомассы червя и биогумуса - ценного полносистемного удобрения для сельскохозяйственных и декоративных растений.
Биотехнологическая переработка отходов картонно-тарной промышленности с помощью вермикультуры - важный этап в их утилизации, базирующийся на использовании натурального звена в круговороте веществ. Преимущества данной технологии заключаются в том, что применение скопа в качестве корма для наращивания биомассы червя, а также получения биогумуса (вермикомпоста), не требует его предварительной подготовки, а, следовательно, снижает трудозатраты и время переработки отходов, является экономически наиболее выгодным.
Полезная деятельность дождевых червей, способствующая улучшению плодородия почв, известна еще со времен Ч. Дарвина. Из существующего разнообразия видов дождевых червей в искусственных условиях разводятся немногие. Наиболее универсальными по своим возможностям к утилизации органических отходов являются навозные черви. В наших условиях для целей вермикультуры широко используется один из родов этой группы - род Айзения, в частности типичный его представитель Эйзениа фоэтида. Это компостный или красный навозный червь длиной 40-130мм, шириной 2-4мм. Тело червя имеет от 80 до 120 сегментов. Обладает высокой способностю к размножению, вынослив, хорошо приспосабливается к условиям существования в различных органических отходах (1). Он может давать еженедельно 1-2 кокона, из которых через 3 недели выводятся от 2 до 20 червячков, но в живых остаются только около 4 штук. В оптимальных условиях жизни навозный червь может еженедельно откладывать 3-4 кокона, половая зрелость наступает через 3 месяца. В среднем за год червь приносит 200-400 особей потомства.

Высокой плодовитостью обладает красный калифорнийский червь, который при хороших условиях содержания (разведении в теплицах) может производить от 7 до 10 молодых червей на каждый кокон и еженедельно откладывать по три кокона. Высокая эффективность размножения красного калифорнийского червя обусловлена как его весьма значительной плодовитостью, так и продолжительностью жизни ( 16 лет ). Один красный калифорнийский червь за год может произвести до 1500 особей. Он характеризуется хорошим темпом роста, максимальной скорости развития на органических отходах может достигать к 11 недельному возрасту. В этот период также отмечено максимальное количество откладываемых коконов. При этом биомасса взрослого червя составляет около 0,80-1,0г.

К основным факторам регулирования биомассы червей и их распространения относятся наличие и доступность пищевых источников. В состав корма для червей должны входить белки, углеводы, минеральные вещества, витамины. Как источник азота благоприятной пищей для червя признана твердая фракция навоза. Исследователи отмечают необходимость включения в состав корма определенного количества клетчатки, в том числе целлюлозы, поскольку среди пищеварительных ферментов у них обнаружены целлюлозоразрушающие.

В отношении степени измельчения органических отходов, единого мнения нет. Одни авторы считают, что размер фракций не должен превышать 1мм, другие - отрицают необходимость измельчения. Установлено (1), что черви в процессе питания измельчают отходы до пастообразного состояния и тем самым создают хорошие условия для развития большого количества микроорганизмов. При этом черви не только усваивают органические вещества, но и перерабатывают микроорганизмы.
В качестве корма для червей могут использоваться различные субстраты: органические отходы бытового, сельскохозяйственного и промышленного производства. Однако, применяемый субстрат должен отвечать определенным требованиям, в частности: влажность 70-75%, соотношение С : N 20:1, рН 6,8-7,2, содержание минеральных веществ - до 10%, отсутствие твердых загрязнителей, больших количеств соединений аммиака, сероводорода, метана (2).
Исходя, из вышеизложенного представляет значительный практический и научный интерес изучение возможности адаптации красного калифорнийского червя к утилизации отходов картонно-тарной промышленности (скопа).

Скоп представляет собой обезвоженный осадок очистных сооружений (влажность 70%, зольность 48%). Показано, что при подготовке различных органических отходов для усвоения калифорнийским червяком необходимо три этапа, среди которых самый длительный и трудоемкий предварительный (подготовка пищевого субстрата). Основной составляющей этого этапа являются процессы ферментации, минерализации, обеззараживания и дегельминтизации, оптимизации рН среды и т.д. Значительная экономическая эффективность применения скопа в качестве корма обусловлена самим технологическим процессом работы картонно-тарных производств. Он основан на применении катионных флокулянтов типа "Цетаг-87" и других современных препаратов для обезвоживания осадка, что также очищает и частично обеззараживает скоп, в результате чего он приобретает консистенцию и органолептические свойства, необходимые для быстрой переработки адаптированными линиями красного калифорнийского червя.

Для увлажнения скопа можно использовать активный ил. Необходимость применения илов возникает при длительном хранении скопа в буртах и образовании пересохших поверхностных слоев. Так как, вермикомпостирование на иловых картах и осадочных буртах носит сезонный характер, вызывая накопление отходов в холодное время года, рекомендуется сочетать его с выращиванием червей в закрытых помещениях в специальной таре.

Складирование скопа в бурты предполагает работу микроорганизмов-деструкторов, которые благоприятствуют переработке большого количества углеродного субстрата. Процессы минерализации или гумификации, которым подвергаются все виды отходов (бытовые, сельскохозяйственные, промышленные) в данном случае происходят в процессе технологии переработки макулатуры и выпуска готовой продукции и не требуют дополнительного вмешательства в ход трансформации веществ. Лигнопротеиновые комплексы и клетчатка, связанная с лигнином, которые при других технологических подходах в обработке отходов требуют длительного времени (до 5 месяцев) и значительных затрат (специальные агрегаты и пр.), в скопе находятся в усвояемом виде и доступны для утилизации червем.

Организация предприятий по разведению вермикультуры на отходах картонно-тарных производств может идти двумя путями: на открытых площадках (картах) и фермах закрытого типа.
С целью утилизации отходов картонно-тарных комбинатов исследована возможность адаптации красного калифорнийского червяка к скопу и его смеси с активным илом. Эксперименты по выведению линии, адаптированной к отходам картонно-тарных производств, начаты в мае 1994 года. Принимая во внимание, что генеративный цикл поколения червей составляет 3 месяца, в данных исследованиях участвовало как "маточное" стадо, так и 16 генераций олигохет.
В эксперименте использовали особи красного калифорнийского червя Eisenia andrei (Сellulatae) линии (SK-94), полученной в биотехнологическом комплексе Института гидробиологии НАН Украины средней массой 300-350мг, длиной 4-6см. Следует отметить, что адаптированные к утилизации скопа черви, длительное время (до 1-2 месяцев) не переходят на другой вид питания. Их выращивание на отходах картонно-тарных комбинатов проводили в пластиковых ящиках объемом 20кг. При первичном заселении червей слой скопа в ящике не должен превышать 9-10см. Влажность поддерживается в пределах 73-83%. В процессе утилизации скопа на поверхности появляется мелкозернистый, слегка подсушенный (65-70% влажности) слой биогумуса, где в основном откладываются коконы и происходит выклев личинки червя белого цвета, с обоюдоострыми концами (3-6мм), приобретающие характерный розоватый окрас на 14-16 день. Плотность посадки червей составляла 1экз./70-100 см3 субстрата. За 1 месяц 50 особей червя потребляли 4500-5000г скопа, нарабатывая 3000 г биогумуса (сырого). Один раз в неделю 1 экземпляр откладывал 3 кокона, из которых каждые 2,5-3 недели выходили в среднем 10 личинок. За 1 месяц от 1 особи получали 120 личинок, а от 50экз. - 6000шт. Оценку адаптационных возможностей данной линии червей осуществляли как по морфо-функциональным, так и физиолого-биохимическим показателям:
- отношение червей к качественным показателям скопа (рН, влажность, консистенция, t, насыщенность кислородом, масса и толщина слоя пищевого субстрата, пр.);
- размерно-весовые показатели разновозрастных групп червей;
- количество особей на единицу объема субстрата (1см3), находящихся на разных стадиях онтогенетического развития (от кокона до половозрелости);
- число генераций;
- количество и качество потомства;
- скорость утилизации скопа генерацией червя и отдельной особью.
Контролем служили красные калифорнийские черви, выращенные на пищевых отходах (линия 1991 года).
Проведенный химический анализ обезвоженного осадка (скопа) и активного ила (Рубежанский картонно-тарный комбинат) свидетельствует об их пригодности для целей вермикультуры (табл. 1).

Табл.1
Химический состав отходов Рубежанского картонно-тарного комбината.

Как видно из таблицы по минеральному составу, количеству золы, белков, жиров и углеводов скоп является оптимально сбалансированным для утилизации червем и получения максимальной продуктивности. Симбиоз с микроорганизмами и большой набор ферментов в кишечнике червей позволяет им перерабатывать отходы с большим содержанием клетчатки. Находящиеся в кишечнике червя микроорганизмы способны извлекать азот из белков. Поэтому высокое содержание белка в скопе (до 27,98 ±0,69 мг/г) обеспечивает быстрый рост и максимальные привесы (до 6,00 мг/экз.) у адаптированной к этим видам отходов линии Eisenia andrei (Сellulatae). Показатели содержания металлов и, особенно тяжелых, свидетельствует о незначительной токсичности скопа. Так, содержание цинка составляет 247,54±12,2 мг/кг при ПДК для почвы 400,0 мг/кг; свинца соответственно 50,20±16,4 против 150,0; хрома - 5,20±0,28 против 100,0; меди 29,48±3,72 против 100,0. Отходы картонно-тарных производств содержат оптимальные количества клетчатки, что сказывается на скорости усвоения потребленного скопа, а также являются прекрасным субстратом для размножения микробиальной и грибковой флоры, которые в свою очередь являются излюбленным кормом для червей. Очевидно, что отходы картонно-тарных производств универсальный субстрат для выращивания Eisenia andrei С.

Об этом свидетельствуют как визуальные наблюдения за развитием червей, так и показатели их жизнедеятельности (табл.2). В частности, последние генерации животных, выращенных на скопе, характеризовались отличными морфобиологическими параметрами: потемнением окраса до темно-бурого цвета с вкраплениями ярко-желтых жировых капель, увеличением биомассы в среднем от 420мг до 1200мг, достаточно высокой скоростью утилизации субстрата.

Табл.2
Физиолого-биохимическая характеристика селекционной линии Eisenia andrei C.

Примечание: опыт - питательный субстрат скоп;
контроль - питательный субстрат пищевые отходы

Экспериментальные данные по выращиванию вермикультуры на скопе с различным содержанием белков и жиров свидетельствует о возможности регуляции биомассы червей, а также их питательной ценности путем внесения различного количества субстрата.

Гибрид красного калифорнийского червя потребляет в день такое количество корма, которое примерно равно его массе, а выделяет в среднем восьмую часть потребленного. В наших экспериментах червь поглощает в сутки от 2,7 до 3,9 г скопа, а капролитов выделяет 6-7 частей от потребленного корма. По-видимому, высокая диспергированность субстрата, а также значительное содержание жиров и белков в скопе (табл. 1,3) способствует его повышенной усвояемости, что сказывается на приросте, увеличении массы и размеров в половозрелом состоянии.

Табл. 3
Влияние количества субстрата на рост червя

Примечание: плотность посадки - 50 особей червя.

При оптимальной плотности посадки и соблюдении соотношения массы внесенных червей и количества скопа можно достичь достаточно высокой плодовитости (2-3 кокона) каждую неделю, т.е. 36-60шт. личинок за три недели, которые в месячном возрасте достигают массы 150-180мг. Адаптированная линия красного калифорнийского червя наиболее эффективно перерабатывает скоп, достигая при этом высоких продукционных характеристик, в температурном диапазоне 14-27°С и режиме влажности 65-80% . При 14°С еще идет активное питание и спаривание животных. Дальнейшее понижение температуры приводит к падению продукционной способности вида, а при 7°С червь впадает в анабиоз. Нарушение режима влажности субстрата (ниже 65%) приводит к пересыханию червей и они становятся малоподвижными.
Биомасса червей, полученных при использовании в качестве пищевого субстрата отходов картонно-тарных комбинатов, является высокобелковым продуктом, в котором концентрация тяжелых металлов незначительна. Так, содержание цинка в биомассе червей, выращенных с использованием отходов картонно-тарного комбината составляло 41,75; свинца-8,66; марганца 5,38; хрома-2,77; меди-2,17 мкг / кг сырой массы, железа-0,17 г/кг, что не превышает предельно допустимую концентрацию этих элементов для сельскохозяйственных животных и рыб. Полученный биогумус является уникальным удобрением для лесонасаждений и декоративных растений.
Проведенная нами оценка качества полученной биомассы червей и биогумуса по некоторым физиолого-биохимическим показателям показала пригодность их для использования в том или ином виде для реализации и переработки.
Таким образом, технологию разведения дождевых червяков с использованием в качестве субстрата отходов картонно-тарных комбинатов (скопа) необходимо считать перспективным направлением в технологии утилизации твердых отходов.

Список использованной литературы:

1. Повхан М.Ф., Мельник И.А., Андриенко В.А. и др. Вермикультура: производство и использование.- К.: УкрИНТЭИ, 1994.- 128с.
2. Городний Н.М., Мельник И.А., Повхан М.Ф. и др. Биоконверсия органических отходов в биодинамическом хозяйстве.- К.: Урожай, 1990.- 256с.

Главная страница
Сведения об авторах

© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 23.04.07