Переработка твердых органических бытовых отходов городов и навоз крупных животноводческих комплексов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Переработка твердых органических бытовых отходов городов и навоз крупных животноводческих комплексов

Вступление

Одной из серьезных экологических проблем для человечества на сегодняшний день является переработка твердых сельскохозяйственных и бытовых отходов. Такие отходы в большинстве своем являются органическими и могут загрязнять водные ресурсы и другие экосистемы, если не их не перерабатывать надлежащим образом.

Вермикомпостирование или применение дождевых червей для компостирования биодеградируемых материалов, является экологически безвредным и эффективным для переработки в полезные продукты фермерских и бытовых отходов. Полученный вермикомпост можно использовать в качестве почвоулучшителя и органического удобрения, а также для получения биомассы дождевых червей, которую затем можно будет переработать в вермимуку для кормления рыбы и домашнего скота.

1. Источники сырья

Утилизация твердых бытовых отходов (ТБО) и иловых осадков сточных вод (ОСВ) больших городов - это головная боль городских управлений. Решения о созданий участков захоронений так или иначе связаны с загрязнением природы ( воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод, с отчуждением огромных площадей земли) и огромными финансовыми затратами. Особенно быстро растут бытовые отходы - свалки вблизи населенных пунктов, садовых кооперативов. В московском мегаполисе ежегодно образуется до 4-х миллионов тонн твердых бытовых отходов. Из этого количества 10-20% не подлежит переработке биотехнологическими методами ( металлы, камни). Остальные 3,5 млн.тонн являются органикосодержащими отходами, которые могут быть переработаны биотехнологическими методами в гумусное органическое удобрение биогумус.

Около животноводческих комплексов скапливаются горы навоза. Зимой они промерзают и перемешиваются со снегом и льдом, а весной при таянии снега, реки навозной жижи стекают в овраги и реки.

Чтобы справиться с обезвреживанием и обеззараживанием подобных органических отходов их необходимо перерабатывать биотехнологически с помощью дождевых червей в специальных биотехнологических цехах или площадках, созданных при каждом городе, при каждой животноводческой ферме и скотокомплексе. Суть этой современной технологии заключена в биоконверсии органических отходов и получения нетрадиционного органического удобрения - биогумуса, и биомассу дождевых червей, которых можно использовать как белковую кормовую добавку животным.

2. Материально-технические средства

Эти бетонированные площадки и промышленные цеха должны отвечать определенным технико-экономическим требованиям.

А) Бетонированные площадки для переработки органикосодержащей части ТБО под открытым небом работают только в течении весенне-летнего периода (с апреля по октябрь). Они необходимы для компостирования ТБО то есть для микробиологического разложения органической части ТБО). Прочность площадки должна обеспечить многократный заезд на нее груженой автотракторной разгрузочно-погрузочной колесной техники и складирование на ней ТБО (городского мусора) в виде буртов, ширина каждого из них составляет 4м, высота-до 3м, длина произвольная.(по габаритам площадки). Размеры площадки должны быть рассчитаны на размещение полугодового объема ТБО с учетом наличия технологических промежутков между буртами около 3-х метров.

Б) Компост направляется в цех ( закрытое помещение промышленного типа) для культивирования червей, то есть для переработки его в вермикомпост с помощью технологических, специализированных дождевых червей. Цех - это техническое сооружение, оборудованное кран-балкой, бетонным полом, способным выдерживать заезд груженой техники и размещение вертикалей из тяжелых многоярусных кассет, заполненных компостом с червями. Кассета-это емкость, заполняемая компостом с червями, предназначенная для переработки компоста в биогумус. Ее размеры 2х3х0,8 м. Изготовляется она из пластмасс, поступающих с ТБО и дополняется жестким металлическим каркасом, способным выдержать вертикаль из 10-15 груженых кассет. Груженые кассеты с помощью кран-балки укладывают друг на друга. Емкость цеха должна вмещать весь объем компоста из ТБО, собранный за полгода. Другой особенностью кассет является их способность размещаться на шасси автомобиля-контейнеровоза, с помощью которого груженая кассета перевозится в цех доработки биогумуса, где освобождается от содержимого и далее тем же транспортом подается под загрузку новой порцией компоста и возвращается в цех культивирования червей.

Цех предназначен для круглогодичной переработки компоста в биогумус и следовательно должен обогреваться. Температура внутри помещения должна поддерживаться в пределах 22 (⁺_-6)⁰ С. Для технологических целей в цеху должна располагаться емкость с водой, которая в ней подогревается до температуры субстрата кассет и дехлорируется. Внутри цеха выделяется место для хранения месячного запаса компоста - корма для культивированных червей. Освещение внутри цеха электрическое и только на время работы технического персонала. Вентиляция естественная через ворота для заезда автотракторной техники.

Для работающего персонала оборудуется помещение для смены рабочей одежды, принятия душа, туалетная комната и комната для начальника цеха.

В) Цех доработки биогумуса и цех его хранения - это крытые хорошо проветриваемые и отапливаемые помещения, предназначенные для отделения червей от вермикомпоста, просушки, расфасовки и хранения готового гумусного удобрения до момента его реализации.

Г) Автотракторная погрузочно-разгрузочная техника, гаражи и крытые сараи для ее хранения.

Д) Инвентарь, спецодежда.

Подготовка исходного сырья для компостирования.

Городской мусор (ТБО) спецтранспортом вывозится на площадку компостирования и укладывается в бурты, увлажняется водной микробной суспензией специального состава для предотвращения процессов гниения с выделением зловонных газов. Органическая часть мусора подвергается микробному ферментированию и распаду до аморфного состояния. При этом в буртах возникает биотермальная реакция с разогревом субстрата до температуры 40-50⁰С. Микробиологическое ферментирование субстрата приводит к его обеззараживанию, обезвреживанию и детоксикации. Длительность компостирования в летний период около 3-х месяцев. Критерием определения конца процесса компостирования является снижение температуры внутри бурта, что определяется специальными термометрами или электрическими датчиками.

Городской мусор неоднороден. Осенью в нем больше органического субстрата за счет опавшей листвы деревьев, обрези кустарников и т.д., а весной и летом в нем больше песка, земли и недостаточно органического субстрата. Необходимо выравнивать рецептуру компостируемой массы. Такими выравнивающими материалами могут быть солома, опилки, ветки, кора деревьев, болотные травы.

Через 1-2 месяца от начала компостирования бурт необходимо переложить и поверхностные его слои переместить в глубину бурта для более равномерного его ферментирования. Влажность ферментированной органики в бурте должна поддерживаться в пределах 60%. Для этих целей на площадке компостирования должна быть размещена большая емкость для воды.

После завершения компостирования, компост необходимо отделить от твердых инкрементов ( металл, камни, пластиковые и стеклянные бутылки, полимерная пленка деревяшки и прочее) на специальных барабанах или через сетку рабица. Компост направляют в цех производства биогумуса, а отделившийся мусор сортируют и отправляют на склады вторсырья.

Компост расстилается на бетонной площадке навозоразбрасывателем, высотой 40-50 см, длина произвольная. Грядки увлажняются и через 6-10 суток заселяют червями, плотность заселения 150 г (1500 особей) на каждый квадратный метр. Активная жизнь червей и появляющейся молоди приводит к истощению питательной ценности субстрата. Следовательно, на грядку культиватор надо наслаивать новую порцию субстрата, слоем 10-15 см. И делать это необходимо один раз в месяц. Последний докорм червей следует провести в конце сентября - начало октября. Полученный биогумус можно оставить до весны под снегом. С началом весенне-полевых работ его можно вывозить на поля под посадку картофеля и других овощных культур. Такое удобрение быстро восстанавливает плодородие почвы, восстанавливает почвенную микро- и макрофауну, делает почву функционально здоровой, а выращенную сельскохозяйственную кормовую и пищевую продукцию экологически чистой, оздоравливающей всех ее потребителей.

Рецептуру компоста (корма для червей) необходимо стабилизировать по трем параметрам: по содержанию органического вещества (>50%), по кислотно-щелочному равновесию (рН=6,5-7,5), по концентрации растворимых солей (<0,5%).

Переработку компоста в биогумус в промышленных цехах проводят в кассетах. Кассеты первоначально заполняются компостом лишь на половину своего объема. Заселение компоста маточной культурой осуществляется точно так же, как заселение грядок культиваторов на бетонной площадке. Заселенные кассеты устанавливаются в цехе друг на друга в виде вертикалей. Один раз в месяц кассеты дозаправляются новой месячной порцией компоста, который наслаивается слоем 10 см. и увлажняется, а затем снова возвращаются в свою вертикаль. Подобная операция повторяется ежемесячно.

В конце цикла культивирования червей кассеты грузят на машины-контейнеровозы и переправляют в цех доработки. Там они освобождаются от содержимого и тем же транспортом подаются для заполнения новой порцией компоста и заселение маточной расплодкой червей. Таким образом, возобновляется новый цикл воспроизводства червей и биогумуса. Этот новый цикл по времени приходится на зимний период (октябрь-март). Он отличается от летнего цикла необходимостью затрат тепла для обогрева цеха и поддержания внутри помещения теплового режима ( температура + 21-24 С). В марте месяце цех освобождается от произведенного биогумуса и снова загружается компост из ТБО с маточной расплодкой червей.

3. Обезвреживание осадков сточных вод (ОСВ) с помощью вермикультуры

Одной из многочисленных экологических проблем современной цивилизации является утилизация отходов производства и потребления, в том числе осадков сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений. Особо остро эта проблема стоит в России. В Российской Федерации за год образуется порядка 2 млн. тонн осадков по сухому весу (при исходной влажности 98% их масса составляет порядка 100 млн. тонн). Только по официальным данным, например, в Московской области накоплено более 120 млн. тонн не утилизированных ОСВ, ежегодно эта цифра увеличивается на 14-20 млн. тонн, суммарная площадь иловых полей превысила 700 га. По оценкам специалистов ГУПР МПР России по Московской области, суммарное годовое количество образования этих отходов - около 5 млн. тонн; по оценкам ПК «Реконт», одной из организаций, специализирующихся на переработке отходов Московского региона, - не менее 14 млн. тонн, а может быть, и все 20.

Количество осадков, лежащих на иловых картах оценивают от 107 до 130 млн. тонн соответственно. Осадки городских очистных сооружений представляют собой органические (до 80%) и минеральные (около 20%) примеси, выделенные из воды в результате механической, биологической и физико-химической очистки. В состав ОСВ входят вещества, обладающие обще токсическим, токсикогенетическим, эмбриотоксическим, канцерогенным и другими негативными свойствами. Осадки часто содержат высокие концентрации тяжелых металлов (ТМ), а также патогенную микрофлору, яйца гельминтов. Хранящиеся на иловых картах и отвалах осадки очистных сооружений, как правило, относятся ко второму классу (высоко опасные) или третьему классу (опасные) отходов. Выделяемые ОСВ вредные газы могут превышать предельно допустимые концентрации в несколько раз, дурно пахнут. Их запах равен 4 - 5 баллам по шкале органолептических показателей. Основная масса осадков складируется на иловых площадках и отвалах, создавая технологические проблемы в процессе очистки стоков. Условия их хранения, как правило, приводят к загрязнению поверхностных и подземных вод, почв, растительности. Поступая в подземные и грунтовые воды, водная вытяжка из ОСВ придает им цветность, привкусы, что негативно отражается на качестве таких вод. Эта проблема с каждым годом обостряется и требует безотлагательного решения. В России ОСВ практически полностью хранятся на территориях очистных сооружений, что превращает эти территории в очаг бактериологической и токсикологической опасности. В настоящее время развёрнута работа по инвентаризации всех объектов очистки сточных вод, начиная с эффективности работы самих очистных сооружений и заканчивая положением на иловых картах. Такое серьёзное значение придаётся проблеме не напрасно. В 99% случаев иловые карты расположены рядом с очистными сооружениями, имеющими сброс в реку, то есть, проще говоря, расположены на берегах рек.

В последние 15-20 лет на большинстве очистных сооружений очистка карт не осуществлялась, и в настоящее время они переполнены. В результате этого: а) некуда сбрасывать вновь образующиеся осадки; б) при паводке очень вероятно разрушение обваловки и поступление содержимого карт в реки. Особенно перспективным является метод, основанный на использовании вермикультуры. В качестве вермикультуры используются навозные черви. Из всех отходов коммунального хозяйства наибольшее значение имеют осадки сточных вод очистных сооружений. Активный ил, наряду с навозом крупного рогатого скота (КРС), - один из наиболее ценных субстратов для вермикомпостирования. Использование ОСВ в качестве сырья для вермикомпостирования имеет большие перспективы. В смеси с бытовым мусором его широко используют для переработки в вермикомпост за рубежом, однако у нас в стране этот метод пока не нашел широкого применения, хотя такие работы и ведутся в ряде регионов РФ. Так, в г. Красноармейске Московской области, начиная с 1995 г., в илы, перемешанные с навозом, помещается культура компостных дождевых червей («Оболенский гибрид»), которые перерабатывают данную субстанцию в биогумус. Процесс идёт в специальных контейнерах в строгом соответствии с регламентом ОПР 23433262-02-95, разработанным отделом экологической биотехнологии НИЦ ТБП (г. Серпухов), и даёт городскому зелёному хозяйству 7-10 тыс. тонн удобрения ежегодно. В других городах - Вышний Волочок (1991 г., завод ферментных препаратов), Балабаново (АО «Плитспичпром», 1993 г.), Железногорск (Красноярск-26, городские очистные сооружения, 2003 г.) - эта технология получила положительную оценку и также нашла применение.

При производстве микробиологических препаратов образуется большое количество органических отходов (осадок сточных вод, после дрожжевой остаток или бражка, биошрот, гидролизный лигнин, некондиционные биопрепараты и др.), использование которых в сельском хозяйстве затруднено из-за неблагоприятных свойств этих отходов: они сильно обсеменены микробами, имеют специфический неприятный запах и пр. Предложено перерабатывать эти отходы с помощью дождевых червей. Благодаря деятельности червей удается получать из отходов микробиологической промышленности ценное, экологически безопасное органическое удобрение. Для этого различные отходы микробиологической промышленности смешивают со свиным навозом, увлажняют, подвергают предварительной ферментации в течение 12 дней и заселяют червями. Используют культуру червей, адаптированных к осадку сточных вод, образующемуся на локальных очистных сооружениях микробиологических предприятий. Обнаружено, что черви лучше всего растут и размножаются на субстрате, состоящем из: осадка сточных вод (40%), из биошрота или кукурузной шелухи (30%), свиного навоза (20%) и некондиционных бакпрепаратов (10%). Переработку проводят в течение 6 мес., обеспечивая полив и регулярную подкормку червей. За время вермикомпостирования происходит разложение органического вещества отходов, они обеззараживаются, обогащаются ферментами и легкоусвояемыми для растений минеральными веществами. Биогумус, полученный из отходов микробиологических производств, содержит в оптимальном соотношении необходимые растениям питательные вещества, обогащен гуминовыми веществами (до 27%), характеризуется высокой биологической активностью. По результатам конкурса Международного фонда биотехнологий им.академика И.Н.Блохиной «Биотехнологические проекты для повышения качества жизни человека» в 2003 году серебряной медалью награждено ООО «Ставропольский экспериментальный завод» за разработку и внедрение проекта «Агробиоцентр вермикультивирования по утилизации осадков сточных вод». К сожаленью, список примеров использования вермикомпостирования для утилизации ОСВ в России весьма и весьма мал. И одной из причин является, отнюдь, не непонимание преимуществ данного метода, а все тот же барьер в лице «слуг народа».

Нынешнее поколение чиновников отличается неким уровнем информированности в сфере новых технологий, но нежелание напрягаться, боязнь не угодить «княгине А.Ю.» и помешать «князьку В.В.» - крепость, которую умудренные горьким опытом разработчики технологий штурмовать не решаются. Они уходят туда, где нет необходимости «метать бисер» и «ломать копья».

Например, группа ученых из южного Подмосковья разработала проект по утилизации ОСВ очистных сооружений г. Серпухова с помощью вермикомпостирования и представила его на рассмотрение в комитет по экологии при администрации города, а также руководству очистных сооружений. Несомненно, практики, то есть руководство очистных сооружений, дали положительный отзыв и высказали живую заинтересованность в реализации заявленного проекта, тем более что ученые денег не просили. Теперь не в диковинку спонсирование проектов частными фирмами. А вот за первыми возгласами восхищения главного эколога города - дамы экзальтированной и весьма неуравновешенной - последовала несколько неадекватная реакция. Нет, дама ничего против метода как такового не имела. Но вот, оказывается, ситуация по ОСВ в городе, якобы, так резко и кардинально улучшилась в течение пяти последних дней (J), что проблема сама по себе улетучилась, а разработчики просто-напросто клевещут на славный город Серпухов и нагнетают ситуацию. И это, к сожалению, не единичный случай.

Черви, поглощая ОСВ или субстраты на их основе, выделяют вместе с копролитами большое количество собственной микрофлоры, ферментов и других биологически активных веществ, которые обладают антисептическими свойствами. Они препятствуют развитию патогенной флоры, выделению зловонных газов и обеззараживают почву. Черви способны накапливать в теле тяжелые металлы и переводить их в связанные формы, недоступные для растений, что позволяет расширить спектр применения конечного продукта переработки. Этот процесс протекает без применения реагентов, что делает биологическую утилизацию экологически безопасной и не приводит к вторичному загрязнению поверхностных водоемов, грунтовых и подземных вод, почв. Технология утилизации с помощью навозных червей связана со сравнительно низкими затратами на строительство и эксплуатацию устройств для вермикомпостирования.

Большой практический интерес представляет разработанная в Италии (провинция Форли) технология переработки городских отходов вместе с илом сточных вод в стальной конусообразной башне высотой 10 метров, диаметром в верхней части 2 метра, в нижней - 0,5 метра. Осадки сточных вод, заселенные червями, загружают сверху, в верхней части бункера их перемешивают с помощью шнека для улучшения аэрации и создания благоприятных условий жизнедеятельности червей. В нижней, не аэрируемой части бункера, собирается готовый компост. Ежесуточно на такой установке перерабатывается до тонны отходов. Во Франции для вермикомпостирования отходов сконструирована установка в виде цилиндрической башни, состоящей из 24 пластиковых поддонов диаметром 230 см, поставленных один на другой. Поддоны заполняют субстратом и заселяют червями. Весь процесс компостирования полностью автоматизирован. Методом вермикомпостирования перерабатываются в компост отходы в городе Капри: из 60 тыс. тонн твердых бытовых отходов и 25 тыс. тонн ила сточных вод на площадке 600 кв. м получают около 30 тыс. тонн вермикомпоста.

В Великобритании также накоплен определенный опыт разведения червей. На Ротамстедтской опытной станции ведутся интенсивные исследования в области экологии дождевых червей, а также использования их для переработки различных отходов, включая ОСВ очистных сооружений.

Большой практический интерес представляют также способы, в которых дождевых червей содержат на модифицированных древесных стружках, помещенных в большие заглубленные бассейны. Сверху их орошают сточной водой. Черви съедают органику, оседающую на опилках. Таким способом производится очистка сточных вод от загрязняющих веществ.

В таких странах как Италия, Нидерланды, США широко изучают применение вермикультуры для утилизации бытового мусора и ОСВ очистных сооружений. В странах ЕЭС ежегодно производится около 6 Мт ила (по СВ), причем до 30% применяется в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Компост на основе ОСВ может содержать до 70% гумуса. ОСВ содержат в среднем 65-75% органических веществ в пересчете на сухой вес, азота - 2-6%, фосфора - 0,9-6,5%, калия - 0,2-0,5% и ряд микроэлементов.

По содержанию азота, фосфора и калия ОСВ не уступает навозу. Однако этот способ осложняется двумя обстоятельствами: присутствием в иле патогенных организмов и токсичных элементов. Исследования по изучению влияния ОСВ канализационных очистных сооружений на червей показали, что интактные отходы вызывают гибель исследуемых червей. Решение этой проблемы возможно при добавлении к ОСВ наполнителей в пропорциях, делающих эти субстраты витальными.

Были определены виды наполнителей и их соотношений с обезвоженными и нейтрализованными ОСВ очистных сооружений канализации г. Йошкар-Ола, к которым черви могли бы адаптироваться. Адаптационные способности анализировались по следующим критериям - биомасса червей, число генераций и качество потомства. Плотность посадки червей составляла 6 половозрелых особей на 1 дм3 субстрата. Влажность субстрата колебалась от 65% до 70%, рН среды - от 6,5 до 7,3 при температуре +18...+22 *С. Продолжительность эксперимента составила 91 день.

Опыты проводились в четырех сериях по три повторности в каждой в течение летне-осеннего сезона. Наибольший прирост молоди и биомассы зафиксирован в субстратах, содержащих 60% ОСВ и 40% листового опада. Менее пригодными для жизнедеятельности червей оказались субстраты, содержащих 60% ОСВ и 40% торфа; 40% ОСВ, 30% торфа и 30% соломы. Полученные результаты экспериментов свидетельствуют о возможности использования червей для переработки ОСВ.

Данные анализов содержания тяжелых металлов в ОСВ после цеха обезвоживания и нейтрализации очистных сооружений г. Йошкар-Ола до и после переработки показали снижение Zn на 25%, Mn на 60%, Ni на 15%, Cu на 30%, Cd на 50% , Pb на 10% при переработке субстратов, содержащих 40% листовой опада и 60% ОСВ. Эти результаты свидетельствуют о перспективности использования переработки ОСВ с помощью биологических объектов.

Дождевые черви хорошо исследованы с точки зрения их микроэлементного состава и аккумуляции элементов-токсикантов в своих телах (Martin, Coughtrey, 1982; Покаржевский, 1985; Greig-Smith et al., 1992; Edwards, Bohlen, 1996). При попадании червей в среду, загрязненную микроэлементами, они достаточно легко аккумулируют их в своих тканях. Например, концентрация марганца в L.terrestris даже на заповедных территориях может колебаться в зависимости от места сбора от 68 до 127 мг/кг сухой массы, меди - от 50 до 69, цинка - от 172 до 320, молибдена - от 1,5 до 3,1, кобальта - от 5,8 до 6,2 мг/кг сухой массы. Содержание железа в дождевых червях от 200 мг/кг у почвенных дождевых червей доходит до 1450 мг/кг у E.fetida (Покаржевский, 1985). Загрязнение резко увеличивает концентрацию микроэлементов в телах червей фактически на порядок, а иногда и на порядки. В первую очередь это касается свинца и кадмия (Martin, Coughtrey, 1982; Покаржевский, 1985). Органические загрязнители также интенсивно аккумулируются в организме дождевых червей, что рассмотрено в ряде монографий и сборников (Greig-Smith et al., 1992; Donker et al. 1994; Edwards, Bohlen, 1996; Sheppard et al. 1998).

Аккумуляция тяжелых металлов или органических ксенобиотиков при культивировании червей на загрязненных субстратах не является препятствием для вермикультуры, так как методы очистки позволяют получить препараты, соответствующие нормам, но при этом черви способствуют уменьшению объема загрязненных субстратов. Эффективность вермитехнологии на ОСВ в сравнительном аспекте с другими субстратами изучена в Брянской государственной сельскохозяйственной академии на открытой площадке и в закрытом отапливаемом помещении. В конце технологического опыта количество взрослых червей максимально возросло на субстрате с ОСВ, обогнав навоз КРС, конский навоз, свиной навоз. Та же тенденция наблюдалась и по показателю количества молодых червей, числа коконов и выходу биомассы. А вот по выходу копролита ОСВ оказались на последнем месте.

Токсикологическая оценка биогумуса, проведенная по суммарному содержанию валовых и подвижных форм тяжелых металлов свинца, кадмия, кобальта, хрома, марганца, цинка, меди, железа, выявила значительное уменьшение их содержания при переработке навоза КРС дождевыми червями. Подтверждением этого положения служат данные таблицы 3, в которой представлены результаты вермикомпостирования осадков сточных вод. Исходным субстратом для получения биогумуса явились: ОСВ - 70%, подстилочный навоз - 20%, солома - 10% (водоканал Клин). Их уменьшение не имеет четкой закономерности. Так, снижение содержания тяжелых металлов в биогумусе из активного ила колебалось от 22,3 раз (Sr) до 1,3 раза (Cd). Эти различия связаны в первую очередь с уровнем содержания того или иного элемента. Но такой четкой зависимости может и не быть.

При вермикультивировании осадков сточных вод (водоканал Клин) изменения были менее значительными, и они колебались от 2,9 (Pb) до 1,4 (Cu) раза. Несмотря на то, что содержание Pb превышает ПДК, в биогумусе из осадков сточных вод исчезли такие элементы как кадмий, кобальт, ртуть, что значительно снизило общую токсичность по сравнению с исходным субстратом.

Необходимо отметить высокое содержание цинка во всех рассматриваемых образцах биогумуса. Но, как установлено Б.Г. Ильиным, при загрязнении почвы цинком даже свыше 10 ПДК картофель, капуста, томат, морковь пригодны к употреблению по своим гигиеническим нормам.

Аналогичные результаты получены и другими исследователями. Установлено, что в процессе вермикультивирования происходит снижение как валовых, так и подвижных форм тяжелых металлов. Максимальная концентрация тяжелых металлов в организме калифорнийских червей отмечается уже через 10 дней, и содержание отдельных элементов в них увеличивается в 2-8 раз по сравнению с червями, находившимися в навозе КРС. Процесс зависит от адаптации червей к сырью. В серии опытов с твердыми отходами городских очистных сооружений, используемыми в различных соотношениях с соломой и птичьим пометом, количество червей увеличилось в течение 4,5 месяцев в варианте опыта 35:25:45 в 30 раз, а в варианте 20:10:70 всего в 7 раз. Потенциал вермикультуры в качестве способа уменьшения популяций патогенных микроорганизмов был доказан в лабораторных условиях Митчелом еще в 1978 году. Но чтобы получить статус легитимного метода обеззараживания ОСВ, эта методика должна была пройти пилотные и широкомасштабные испытания и превратиться в стандартную операционную процедуру (СОП).

4. Зарубежный опыт

Возникновение интереса к дождевым червям зарубежные специалисты связывают с обострением экологических проблем, в частности с растущим загрязнением, отходами тяжелых металлов, радионуклидами и средствами химзащиты. Привлекательность для многих метода вермикультуры заключена именно в его биологической основе, исключающей опасность загрязнения среды нежелательными веществами. Первые хозяйства по искусственному разведению червей на отходах были созданы в конце 1940г в США (Haztenstein. 1992). Червей разводили для получения наживы для рыбной ловли. Позднее многие из этих хозяйств перешли на коммерческое производство вермикомпоста и дождевых червей. В настоящее время в США разведением червей занимаются как отдельные фермы, заинтересованные в ликвидации образующихся в процессе сельскохозяйственного производства растительных остатков и животноводческих отходов, так и целые фермы, специализирующие на утилизации промышленных отходов по запатентованной технологии.

В США насчитывается около 1500 относительно крупных хозяйств по переработке отходов методом вермикультуры и множество мелких. На основе этих хозяйств созданы фирмы, специализирующиеся по утилизации методом вермикультуры животноводческих, бытовых и промышленных отходов. Накоплен некоторый опыт по переработке в компост методом вермикультыры остатка сточных вод. Так на полях аэрации водоочистительного предприятия.

Город Лафкин (штат Техас, США) жидким остатком заполняют чеки, на дно которых укладывают опил и заселяют их червями. Чеки сверху накрывают пленкой. Через некоторое время отходы ранее не находившие применения, превращаются в удобрения.

Вслед за США начали разводить червей на Филиппинах, где вермикультивирование охватило большое количество мелких сельскохозяйственных производителей. Червей выращивают в примитивных условиях на разного вида отходах, их протеин используется в качестве добавки в пищу ( в мясной фарш, гастрономические изделия, хлеб) и на корм скоту. [3]

В Японии разработан способ содержания дождевых червей в заглубленном бассейне, где в течении суток перерабатывается 40 т различных отходов. Есть сведения, что в Швейцарии, США, Японии создаются более крупные установки промышленного типа, на которых предполагается перерабатывать с помощью червей до 150 т органических отходов в сутки. На компост с помощью дождевых червей перерабатываются отходы, трудно поддавающиеся утилизации. Это прежде всего отходы целлюлозно-бумажной промышленности [3 ].

Накоплен определенный опыт разведения червей в Великобритании. Здесь создан научный центр - Ротамстедтская опытная станция, где выдуться интенсивные исследования в области экологии и физиологии дождевых червей, а также в плане использования их для переработки различных отходов. В частности ведутся работы с активным илом, накапливающимся на очистных сооружениях. При этом вермикомпостирование рассматривается как один из способов быстрой переработки осадка на удобрения. Вермикомпостирование дает возможность быстро перерабатывать на удобрения бытовые и некоторые виды промышленных отходов. Городской мусорпредварительно сортируется, освобождается от различных металлических предметов, измельчают, увлажняют (часто для этой цели применяют осад сточных вод), укладывают в невысоки хорошо аэрируемые бурты и заселяют их червями. [ 1 ]

Во Франции исследования по переработке отходов методом вермикультуры ведутся на опытной станции фауны почвы в Дижоне. Там отходы подвергают предварительному разложению в специальных биореакторах, а затем заселяют колоннами червей. По сравнению с традиционным методами компостирования биореакторы ускоряют созревание компоста. [ 1 ]

Активные исследования по изучению дождевых червей проводят почвенные зоологи разных стран:Graff из Германии, Haztenstein R. из колледжа по наукам о среде и лесному хозяйству, город Сиркдур, США, Edwards C. Из Великобритании, Zeel E.из университета Аделаиды, Австралия. Во многом благодаря этим работам в почвенной зоологии сформировали новое направление исследований, ориентирующихся на практические запросы промышленной вермикультуры. Конференция, прошедшая в Болонье в 1985 г. (Италия) показала быстрый прогресс в изучении дождевых червей, особенно в области генетики и биохимии, в разработке эффективных технологий их разведения в искусственных условиях.

Гидролизный лигнин и активный ил закупаем на биохимическом заводе. Свалка гидролизного лигнина существует с начала пуска завода в 1973 году и имеет запас порядка 300 тыс. тонн.

Открытые карты активного ила, расположенные на месте прежнего золоотвала ТЭЦ -4, особенно в летний период, отравляют атмосферу жилого района гнилостным запахом. До настоящего времени на биохимическом заводе предпринимались попытки утилизации гидролизного лигнина путем брикетирования его для сжигания в котельной. Но в условиях экономического кризиса это энергоемкая технология является нерентабельной. Активный ил практически не утилизируется до настоящего времени, а в естественных условиях для его полного разложения и превращения в перегной требуется 3-4 года. Проблема утилизации отходов Кировского биохимзавода может быть решена при помощи внедрения биотехнологии вермикультивирования, так как названные отходы завода содержат органику и могут являться исходным сырьем для вермикультуры.

Организация вермихозяйство на биохимзаводе по переработке органических отходов производства и существующих свалок значительно оздоровит атмосферу в городе Кирове. При внедрении вермикультуры в субстрат на вторые же сутки пропадает неприятный запах, т.к. черви являются хорошими дезодорантами. С течением работы предприятия будут освобождаться дополнительными площадями от свалок. Освобождающиеся площади могут быть рекультивированы с помощью биогумуса, полученного на своем хозяйстве и использоваться сельскохозяйственных целях. Также с ликвидацией свалки отходов улучшится состав подземных вод, что автоматически повысит чистоту стоков в реку Вятка.

В марте 1997 года US EPA (организация по защите окружающей среды США) в сотрудничестве с American Earthworm Company (американская компания по разведению червей) начали совместный эксперимент в городе Окои штата Флорида. На основании информации, собранной во время эксперимента, предполагалось разработать методологию переработки отходов для US EPA. Для того чтобы US EPA приняла вермикультивирование в качестве альтернативного метода для получения продукта класса «А» США «Process to Further Reduce Pathogens» (PFRP) (самый высокий класс требований), необходимо было получить 3-4-хкратное уменьшение популяции патогенных микроорганизмов. Именно такое снижение привело бы к уверенности в том, что продукт, прошедший вермикомпостирование, соответствует всем нормам и требованиям класса «А» (фекальные колиформы - <1000 м.к./г сухого веса осадка; Salmonella sp. - <3 м.к./4 г сухого веса осадка и др.). Эксперимент показал, что черви могут уменьшать популяции патогенных микроорганизмов, удовлетворяя стандартам US EPA, всего лишь за 144 часа, причем достижение стандартных значений по концентрации фекальных колиформ происходило через 24 часа (шестикратное снижение концентрации - 98,7%), по Salmonella sp. - через 72 часа (13-кратное снижение - 99,9%), по энтеровирусам - через 72 часа (6-кратное снижение - 98,82%), по яйцам гельминтов - через 144 часа (6-кратное снижение - 98,87%).

Вермикомпостирование продемонстрировало достаточно быстрое уменьшение концентрации патогенных организмов, чтобы удовлетворить требования наивысшего стандарта класса «А». Более того, полученные результаты в 3-4 раза превышали стандартные требования. В сравнительном аспекте с другими, гораздо более дорогими и технологичными способами стабилизации отходов очистных сооружений, метод вермикомпостирования относительно недорог и требует минимум техники. Кроме того, в процессе вермикультивирования отсутствует фаза предварительного компостирования. До недавнего времени этот шаг осуществлялся для того, чтобы уменьшить популяцию патогенных микроорганизмов, но настоящее исследование показало, что черви и сами прекрасно справляются с этой задачей. Польза, которую могут принести черви очистным сооружениям, превысила прогнозы, предшествовавшие настоящему эксперименту.

Было доказано, что вермикультивирование способно с большей эффективностью и меньшей стоимостью заменить собой все известные на сегодняшний день методы переработки ила сточных вод из городской канализации. При расчете «посевной дозы» червей исходят из того, что норма потребления отходов в сутки =1,5 их массы. Тогда еженедельное соотношение биомассы червей и массы отходов должно составлять 1:7. Новые отходы не должны добавляться в течение как минимум 144 часов, чтобы максимизировать подавление жизнедеятельности патогенных микроорганизмов. Оптимальное количество червей, которое необходимо для переработки

ОСВ = N в день / 1,5 = N в неделю / 7,

где N - количество килограмм отходов.

Возможность обеззараживания ОСВ дождевыми червями подтверждается многочисленными исследованиями. После компостирования конечный продукт не содержит патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.

Низкая себестоимость переработки ОСВ с помощью вермикультивирования и производства вермикомпостов обеспечит высокую экономическую эффективность при использовании их в качестве нетрадиционных органических удобрений. Полученный вермикомпост, согласно СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения» и ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения», после установления класса токсичности может быть использован в качестве почвоулучшающей добавки и органического удобрения под технические, кормовые и древесно-кустарниковые культуры. Компосты из ОСВ применяются для удобрения земель, отводимых под посадки древесно-кустарниковых насаждений, питомников, парков, под долголетние культурные сенокосно-пастбищные угодия, при перезалужении, зернофуражные, силосные, технические культуры, а также на паровые поля и при рекультивации земель.

Несомненно, никто не прочит этот продукт для выращивания овощей и фруктов, хотя по санитарным нормам такой вермикомпост абсолютно безвреден. Проблема носит чисто психологический характер, и переступить через нее, как известно, удалось лишь литературному герою Кузьме Гладышеву романа В.Войновича «Жизнь и необычные приключения солдата Ивана Чонкина».

Вермикомпостирование является экологически безопасным способом переработки биодеградируемых (органических) отходов сельскохозяйственной и фермерской деятельности. В сельской местности много таких органических отходов как остатки растений и навоз. Среднестатистическая семья в сельской местности производит 0,5 кг кухонных отходов в день на каждого члена семьи.

Вермикомпост является превосходным обогатителем почв и биоактивным удобрением, применяемым в органическом фермерстве. Благодаря огромному количеству сырья и тропическому климату Филиппин, вермикомпостирование способно защитить экологию в этой местности (за счет применения органических отходов), поддерживать постоянное плодородие почв и обеспечить сельские семьи средствами к существованию.

Принципы вермикомпостирования схожи с принципами производства компоста. При этом особое значение имеют бактерии и другие микроорганизмы. Для более эффективного компостирования нужно создавать условия, благоприятные для активности этих микроорганизмов.

Тремя основными требованиями для аэробного компостирования являются: оптимальное соотношение углерода к азоту (C/N) в компостируемых веществах, а также оптимальные уровни воды и кислорода. Соотношение C/N показывает количество сахаров и крахмала (углеводов) и белковых соединений (азотсодержащих веществ) в материалах, подлежащих компостированию. Данный баланс необходим для роста и энергии микроорганизмов. Вода и кислород также нужны микроорганизмам для их размножения.

Необходимое соотношение C/N в материалах, подлежащих компостированию, составляет от 25:1 до 35:1, то есть на каждую часть азотосодержащих веществ приходится от 25 до 35 частей веществ, богатых углеводами. В таких отходах как рисовая солома и древесные опилки соотношение C/N довольно высокое, поэтому на их разложение потребуются месяцы. У навоза соотношение C/N невысоко, поэтому он разлагается в течение нескольких недель. Влажность (содержание воды) в сырье для компостирования должна быть приемлемой для микробиологической активности. Для успешного компостирования уровень влажности должен быть 60-75%.

Для компостирования также важна аэрация. Для этого нужно учитывать размер частиц и пористость почвы. Чем меньше размер частиц, тем больше поверхностная площадь для аэрации и активности бактерий. Чем менее компактный материал, тем сильнее должна быть аэрация.

На скорость разложения влияет и температурный режим. Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее идет процесс компостирования.

5. Современная атмосфера - загрязнитель и разрушитель почв пахотных земель

Со второй половины 20 века происходит усиленное загрязнение окружающей среды, обусловленное ускоренной индустриализацией и химизацией во всех странах мира.

Последствия загрязнения ОС обитания действительно грозные. Например на Земле в настоящее время ежегодно сжигается более 3,6 млрд. тонн каменного угля, что составляет около 25% от общего количества сжигаемых всех видов топлива. С дымом и золой только от сжигания каменного угля рассеивается и выпадает на почву до 220 тыс. тонн урана, 280 тыс. тонн мышьяка. Кроме этого, металлургические предприятия и тепловые электростанции ежегодно выбрасывают с дымом на поверхность Земли более 150 тыс. тонн меди, 120 тыс. тонн цинка, 90 тыс. тонн свинца, 12 тыс. тонн никеля. Таким образом, ежегодно на каждый гектар поверхности Земли выпадает в среднем около 350 кг продуктов сгорания топлива металлургических заводов, электростанции, миллионов котельных и автомобилей.

В России по данным МСХ - 60 млн. га загрязнено выбросами промышленных предприятий; 3 млн. га занято свалками; около 6 млн. га загрязнены радионуклидами на территорий Европейской части РФ и 2 млн. га на Южном Урале. Более 200 городов и прилегающих к ним районов сельской местности, в которых проживает более 140 млн. жителей, находятся в России в неблагоприятной экологической обстановке, 40-50 млн.человек испытывают влияние десятикратного превышения предельно допустимых концентрации (ПДК) вредных веществ в окружающей их среде, 55-60 млн. человек - пятикратное превышение ПДК.

Трудно себе представить количества этих и других химических элементов, попавших из атмосферу в почву, но катастрофы не произошло, отмечаются лишь локальные болезни лесов, озер в северных регионах Канады, Скандинавии, Сибири, где мало гумуса в почвах. В тех регионах, где в почвах содержалось больше гумуса, пострадали меньше. А в США, Западной Европе, Японии и др., где было налажено крупномасштабное производство органических гуминовых удобрений и их повсеместное использование, довольно быстро произошло оздоровление почвы, увеличение ее продуктивности, оздоровление животных и людей. Попадание же тяжелых металлов в мало гумусные почвы, особенно в сочетании с кислотами и пестицидами, которые отравляют и почву, и воды, делают кормовую и пищевую сельскохозяйственную продукцию вредоносной.

Вред химизации сельскохозяйственного производства для почвы, здоровья людей и животных.

К большому сожалению, в 50-х и в начале 60-х гг. 20 столетия ученым и практикам сельскохозяйственного производства в нашей стране не хватало знаний о почве, о воспроизводстве ее плодородия, о роли и значений в этом процессе почвенного сообщества животных. Это привело к тяжелым последствиям. Академическая наука настаивала и пыталась доказать, что химические удобрения и пестициды служат возрастанию плодородия почв и повышению урожайности высеваемых культур.

В период самой широкой химизации сельского хозяйства основные усилия академической науки были направлены на « определение оптимального уровня содержания гумуса, при котором обеспечивается наивысшая эффективность средств химизации и максимальная урожайность». Был провозглашен лозунг: «Коммунизм-это Советская власть, плюс электрификация, плюс химизация народного хозяйства». Но ученые видели и отметили, что интенсификация и химизация земледелия все-таки неуклонно ведет к уменьшению гумусности почв и снижению урожайности культур.

На полях, обработанных обезвоженным аммиаком или аммиачной водой. Почва лишилась всего живого и стала стерильной, то есть лишилась почвенной микрофлоры, микро- и макрофауны - основных воспроизводителей гумуса почвы. Почвы превратились в мертвый субстрат.

По мере увеличения внесения в почвы доз минеральных и химических удобрений урожайность растет более медленными темпами. Химические удобрения значительно сокращают количества гумуса. И если широкое внедрение «интенсивных технологий» возделывания сельскохозяйственных культур с увеличением объемов применения химических удобрений и пестицидов позволило временно повысить урожайность, то оно же привело к потере гумуса и к деструкции почвы, неспособной впитывать и удерживать воду, подверженную водной и ветровой эрозиям, к снижению естественного плодородия. В конечном итоге, это привело к разрушению почвы на огромных площадях, и как результат - снижение валовых сборов зерна, фруктов, овощей и кормов. Химические удобрения, использование высоко интенсивных обработок почвы резко снизили количество почвообразующих животных.

Чтобы оздоровить наших потомков, потребуется смена 5-10 поколений, а возможно и больше, при непременном условий: необходимо немедленно отказаться от широкомасштабного использования ядохимикатов в сельскохозяйственном производстве.

На Западе эту ошибку осознали ещё в 1985 году. Но в России, к сожалению, альтернативное (органическое) земледелие не получило пока какой-либо поддержки со стороны государства и его соответствующих институтов, а агробиологическая неграмотность наших российских агрономов и фермеров ещё долго будет удерживать сельскохозяйственное производство на низком уровне.

С большим сожалением мы вынуждены констатировать, что необходимость переработки органических отходов с помощью технологических дождевых червей в биогумус в России и большинстве стран мира еще не до конца осознано в силу непонимания роли и значения в этом процессе, прежде всего, дождевых червей и другой почвенной микро- и мезофауны и роли создаваемого ими гумуса.

6. Компостирование материалов, содержащих органические вещества

Компостирование материалов, содержащих органические отходы, являются обязательной технологической операцией. В компостирования в результате активной деятельности микроорганизмов происходят сложные ферментативные (химические) реакции и процессы разложения растительных и животных остатков на их составляющие. Например, клетчатка - сложный углеводный полимер - распадается до моносахаров, легко усваиваемых любыми организмами; белки и полипептиды распадаются до составляющих их аминокислот, которые вновь используются живыми организмами при синтезе своих белков и полипептидов; аммиачный азот мочевины, мочевой кислоты и других азотсодержащих соединений, выделяемых животными, разлагается до аммиака в форме продуктов, легко усваиваемых термофильными бактериями; животные и растительные жиры расщепляются до жирных кислот, которые также необходимы для жизнедеятельности почвенной биоты.

Во время компостирования в аэробных условиях в разлагающемся материале поднимается температура до 60 С, что губительно для семян сорных растений, споровых форм патогенных бактерий, яиц гельминтов, нематод, почвенных грибов и т.д., одновременно создаются особо благоприятные условия для развития почвенной термофильной азотфиксирующей микрофлоры. В разлагающейся органике при этом идет процесс образования животного белка (микробная биомасса) и гумуса. Компостируемые материалы, таким образом, превращаются в доступный, легкоусвояемый корм для сообщества почвенных организмов. Главными и наиболее многочисленными среди этого сообщества являются дождевые черви. Для кормления этих животных и предназначается компост. Компостирование органических отходов наиболее эффективно осуществлять непосредственно в буртах. Размеры буртов при компостировании зависят от интенсивности насыщения всего объема бурта воздухом. Исходя из этого, высота бурта должна быть до 1,5-2,0 м. Для приготовления компоста понадобится 45-60 суток. Основной критерий готовности компоста для скармливания червям - отсутствие в нем запаха аммиака. Для ускорения процесса компостирования мы рекомендуем использовать вместо воды водный экстракт из готового компоста (биогумуса) в соотношении 1:100 ( 1л биогумуса на 100 л воды). В такой водной настойке - содержится большое количество жизнедеятельных микроорганизмов, которые и являются «закваской», усиливающей многократно процессы компостирования. Компост после обработки такой закваской созревает на 10-20 суток раньше. Бурты необходимо через каждые 2-4 недели увлажнять. Созревший компост хранится в бурте и пригоден для кормления дождевых червей в течение 2-3 месяцев.

7. О дождевых червях

Используемый в вермитехнологии род «черви», объединяет виды навозных, земляных и многих других червей. По Догелю (1975) они относятся к семейству дождевых (Lumbricidae), отряду высших малощетинковых (Lumbricomorpha), классу малощетинковых (Оligochaeta), подтипу поясковых (Clitellata), типу кольчатых (Annelida), подцарству многоклеточных, царству животных. Матвеева В.Г., Перель Т.С. (1982) делят червей на три экологические группы: поверхностно-обитающие, в том числе и в компостах (E.foetida, Dendroboena oktaedra, Lumbricus castaneus); почвенно-подстилочные (Lumbricus rubellus, Eisenia nordenekioldi); норники, обитающие в глубоких слоях почвы (Lumbricus terrestris, Dendroboena platura).

Червь «Старатель» относится к виду дождевых компостных червей Eisenia foetida. В закрытых помещениях разведение дождевых червей «Старатель» осуществляется круглогодично. Главная их особенность состоит в том, что они предназначены для ускоренной и более качественной переработки различных органических отходов сельского хозяйства и промышленности (навоза животных, птичьего помета, растительных остатков, осадков сточных вод очистительных сооружений, отходов перерабатывающих предприятий пищевой промышленности) в биогумус - высокоэффективное органическое удобрение, применение которого улучшает агрохимические свойства, повышает качество и увеличивает урожай сельскохозяйственной продукции.