Биотехнология переработки местных органических отходов с получением биоудобрения

Разрабатывается биотехнология переработки органических отходов (избыточный активный ил городских очистных сооружений, опилки, солома, отходы боен, листовой опад) в биоудобрение для использования в сельском и городском хозяйстве, а также при рекультивации нарушенных земель, В основу исследований положен подход стимуляции деятельности естественных ассоциаций микроорганизмов-деструкторов, утилизирующих отходы. Внедрение данных исследований в практику будет способствовать решению экологических проблем на уровне города и региона.

Цель: Разработка и внедрение технологии переработки местных органических отходов методом ускоренного управляемого компостирования с получением продукта, пригодного для дальнейшего использования.
Решались следующие задачи:
Научно-исследовательские задачи.
1. Определение содержания питательных для растений веществ в динамике (общих форм азота, фосфора и калия, содержания нитратов и аммиака).
2. Изучение микробиологических процессов, протекающих при компостировании субстратов.
Практические задачи.
1. Оптимизация соотношений исходного сырья для компостирования.
2. Оптимизация режима компостирования.
3. Достижение минимальных сроков трансформации сырья и отходов в органическое удобрение.
4. Анализ качества полученного биогумуса.

Повышение плодородия почвы является важнейшей задачей сельскохозяйственного производства. В условиях современного землепользования большая роль при стабилизации запасов гумуса отводится органическим удобрениям. Для производства органических удобрений перспективно использовать органические отходы (солому, опилки, древесную кору, отходы боен, животноводческих ферм, птичий помет, сырой активный ил,). Нами разрабатывается технология совместной переработки осадка городских сточных вод и целлюлозосодержащих отходов с применением биологических объектов методом компостирования с получением продукта, пригодного для дальнейшего использования - биогумуса.

В исследованиях использовали осадок сточных вод городских очистных сооружений (ОСВ) и углеродсодержащие остатки (солома, опилки, листовой опад)/

Для изучения процессов, протекающих в ходе созревания компоста, определения эффективности компостирования использовались следующие методы исследований:

- чашечный метод Коха;

- метод предельных разведений;

- метод «аппликаций» Е.Н. Мишустина, И.С. Вострова, А.Н. Петровой.

- метод обрастания почвенных комочков (для выявления азотобактера и целлюлозоразрушающих микроорганизмов;

- выделение чистых культур методом Коха (из отдельной колонии).

Эмиссию СО₂ определяли абсорбционным методом. Определение аммония проводили колориметрическим методом с реактивом Несслера. Определение нитратов проводили колориметрическим методом с дисульфофеноловой кислотой. Определение общего азота (%) проводили титриметрическим методом по ГОСТ 26107-84 «Почвы. Методы определения общего азота». Определение легкорастворимых фосфатов (мг на 100 г субстрата) проводили по методу Чирикова. Определение обменного калия проводили по ГОСТ 26210-91 «Почвы. Определение обменного калия по методу Масловой». Определение зольности субстратов проводили по ГОСТ 27784-88 «Почвы. Метод определения зольности торфяных и оторфованных горизонтов почв».

Проведенные исследования позволили определить оптимальные соотношения исходных субстратов для компостирования, они составили 1:1 и 1:2, где 1 часть – азотсодержащий компонент, в качестве которого использовали осадок городских сточных вод (ОСВ), 1 и соответственно 2 части - углеродсодержащий компонент, в качестве которого использовали местные отходы и сырье.

Изучение микробиологических процессов показало, что созревание компоста в ряде вариантов наступает уже через 1,5 месяца от начала экспозиции. Установлены оптимальные параметры компостирования: температура смеси 60-65̊С, влажность 60%, регулярное перемешивание субстрата для его аэрации, рН 6,6. Ряд вариантов смесей показали хорошие результаты по микробиологической активности, срокам созревания компостов, полноте трансформации исходных компонентов (например, ОСВ+торф, ОСВ+трансформированные опилки, ОСВ+трансформированная солома). Другие варианты (ОСВ+окисленный уголь, ОСВ+нативные опилки) требуют дальнейшей доработки состава.

Также проведенные исследования позволили выявить наиболее оптимальные варианты компостируемых смесей с позиции содержания питательных для растений веществ, это варианты «ОСВ+торф», «ОСВ+листовой опад». В них много соединений азота, фосфора, калия. Варианты «ОСВ+ трансформированные опилки» и «ОСВ+ трансформированная солома» подлежат доработке по соотношению исходных компонентов. Изучение микробиологического состава субстратов позволило выделить 9 видов целлюлозоразрушающих микроорганизмов, 6 видов микроорганизмов-аммонификаторов, 4 вида микроорганизмов-нитрификаторов. Все они играют важную роль в переработке различных отходов в ходе компостирования.

Определены наиболее перспективные штаммы микроорганизмов, пригодные для трансформации отходов: Bacillus petasites, Chromobacterium gilvum, Сytophaga lutea, Bacillus aureus, Bacillus repens, Bacillus centrosporus, Nitrosomonas europaea, Bacilluscirculans.

В дальнейших исследованиях планируется отработка режимов компостирования исходного сырья и отходов с добавлением вермикультуры, адаптация червей к специфическому корму.

Потребителями производимой продукции могут стать предприятия угольной отрасли, сельскохозяйственные предприятия, городское хозяйство, частные лица (приобретение червей и биоудобрения). В основном планируется использовать для рекультивации нарушенных земель (в первую очередь, Кемеровская область – угольный край, вопрос восстановления почвенного покрова стоит очень остро) и для городских сельскохозяйственных нужд.

Исследования поддержаны грантом программы У.М.Н.И.К. -2014. 

1. Преображенский К. И. Биологическая утилизация древесины на мелиорируемых землях / К. И. Преображенский. – М.: Росагропромиздат, 1988. – С. 3.
2. Васильев В. А. Справочник по органическим удобрениям / В. А. Васильев, Н. В. Филиппова. – М.: Росагропромиздат, 1988. – С. 124-125.
3. Благовещенская З. К., Грачева Н. К., Могиндович Л. С., Гришина Т.А. Утилиза-ция осадка городских сточных вод // Химизация сельского хозяйства. – 1989. – № 10. – C. 73–76.
4. Покровская С.Ф. Новые тенденции в компостировании городских отходов (за-рубежный опыт) // Сб. «Агропромышленное производство: опыт, проблемы и тенденции развития». – М.: Выпуск ВНИИТЭИ, 1991. – № 4. – С. 40–46.
5. Герхард Ф. Методы общей бактериологии 3 т., 1984, Определитель бактерий Берджи, 1997, Методы почвенной микробиологии и биохимии, под ред. Звягинцева Д.Г., МГУ, 1991. – 302 с.

Developed biotechnology processing organic wastes (excess sludge of municipal wastewater treatment plants, sawdust, straw, slaughterhouse wastes, leaf litter) in the slurry for use in the rural and urban economy, as well as in reclamation of disturbed lands, research-based approach based on the stimulation of natural associations of microorganisms-destructors, waste recycling. The introduction of this research into practice will contribute to solving environmental problems at the city level and region.