Перспективы биоконверсии отходов животноводства с использованием почвенных аэробных микроорганизмов

Гнеуш А.Н.,.

Петенко А.И.,.

Дмитриев В.И.

Резюме

Птицефабрики формируют все более сложную экологическую ситуацию, так как накапливаемый птичий помет стал серьезным источником загрязнения окружающей природной среды. Внесение помета в почву без предварительной обработки является неприемлемым, в связи с возможным содержанием экотоксикантов, остатков медикаментозных препаратов, присутствием возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, которые относительно длительное время сохраняют жизнеспособность и вирулентность. помет загрязнение биоконверсионный Перспективным и современным методом переработки органических отходов является биологический способ с использованием специфических популяций микроорганизмов или комплексный, позволяющий недорогими способами предварительного компостирования, повысить скорость и качество запускаемых биоконверсионных процессов для получения целого ряда биопродуктов различного функционального назначения.

На основании этого, нами разработана технология переработки куриного помета, обладающего неприятным запахом, неблагоприятного по наличию паразитов и содержанию нитратов и нитритов, которая позволяет сократить сроки биопереработки и вносить его в качестве удобрения. Технологическим элементом является применение биопрепарата на основе 2 микробных культур. В состав препарата входят: протеолитическая культура Pseudomonas sp., спорообразующий бациллярный микроорганизм, образующий в большом количестве высокоактивный комплекс протеазных ферментов и Azotobacter, являющийся природным азотфиксатором, который активно утилизируя образованный аммиак, обеспечивает высокий дезодорирующий эффект. Полученные результаты улучшения микроклимата помещений, обезвреживания патогенной микрофлоры позволяют говорить об эффективности предлагаемой технологии для превращения отходов птицеводства в удобрения.

Ключевые слова: птицефабрики, помет, переработка помета, микроорганизмы, биопрепарат, Pseudomonas, Azotobacter, биоразложение.

Проблема надежной защиты окружающей природной среды от загрязнения отходами птицеводства, в частности птичьим пометом, сточными водами и другими непищевыми продуктами птицепереработки, является в настоящее время актуальной практически для всех птицеводческих хозяйств Российской Федерации [5].

Огромные количества пометной массы, по целому ряду причин накапливаемые вблизи птицеводческих хозяйств, стали объектом пристального внимания природоохранных и надзорных органов. Практически все птицефабрики РФ оказались в сложной экологической ситуации, так как накапливаемый птичий помет стал серьезным источником загрязнения окружающей природной среды, потому что для утилизации (под словом утилизация понимается не уничтожение, а использование с выгодой) таких объемов птичьего помета птицеводческие хозяйства сегодня не располагают даже самыми простейшими комплектами оборудования. В конечном итоге, это приводит к загрязнению окружающей среды, а также распространению инфекционных болезней. Кроме этого, отчуждаются из оборота плодородные пахотные земли, образуются территории без признаков жизни фауны и флоры.

Вместе с тем, в сельском хозяйстве существует значительная потребность в органических отходах агропромышленного комплекса, содержащих достаточное количество питательных элементов, в первую очередь азота, представляющих ценный сырьевой материал для получения высокоэффективных удобрений и других продуктов, необходимых народному хозяйству.

Внесение навоза и помета в почву без предварительной обработки является неприемлемым, в связи с возможным содержанием экотоксикантов (тяжелых металлов, пестицидов, микотоксинов, остатков медикаментозных препаратов, присутствия возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, которые относительно длительное время сохраняют жизнеспособность и вирулентность. Так, например, возбудители сальмонеллеза сохраняют жизнеспособность в навозе 92−157 суток, туберкулеза — 457 суток, листериоза — более 160 суток, вирус болезни Марека — свыше 6 месяцев, яйца и личинки гельминтов в свином навозе сохраняются 12−15 месяцев, в навозе крупного рогатого скота — 7−8 месяцев. По данным Всемирной организации здравоохранения, навоз является источником передачи более 100 видов возбудителей болезней животных, в том числе опасных для человека. Внесение в почву непереработанных отходов провоцирует попадание с одной тонной навоза или помета в почву 12 миллионов семян сорных растений [6, 8].

Поэтому, сейчас более чем актуальным для науки и практики является разработка биотехнологических процессов утилизации органических отходов, обеспечивающих организацию эффективных, безотходных и природоохранных технологий биоконверсии навоза и помета.

Перспективным и современным методом переработки органических отходов является биологический способ, с использованием специфических популяций микроорганизмов или комплексный, позволяющий недорогими способами предварительного компостирования, в том числе с программированием оптимизации питательных достоинств компонентов компоста под потребности микроорганизмов повысить скорость и качество запускаемых биоконверсионных процессов для получения целого ряда биопродуктов различного функционального назначения [2, 4].

В настоящее время известен ряд препаратов микробного типа, осуществляющих биоконверсию сельскохозяйственных отходов и превращение их в биогумус. Такие препараты как «Байкал-ЭМ-1», «Тамир», «ЕМ-культура», производящиеся в нашей стране и являющиеся аналогами американского препарата EM Waste Treatment., импортные препараты «Микрозим-Вэйст трит», биоактиваторы «Аг-ростар» (Бельгия) являются универсальными, они содержат несколько десятков культур (бактерии, бациллы, дрожжи, простейшие) и их применяют, в основном, для переработки таких отходов сельского хозяйства, как растительные остатки, и в меньшей степени для обработки свиного навоза, птичьего помета или навоза крупного рогатого скота [7].

Наличие большого количества микробных культур в этих универсальных препаратах направлено на создание искусственного биоценоза в обрабатываемом объекте, что не всегда оправдано, так как реально требуется небольшое количество, но хорошо адаптируемых культур (в случае применения на отходах птицеводства и животноводства) [1, 3].

Нами разработана технология переработки образуемого при выращивании птицы куриного помета, обладающего неприятным запахом, неблагоприятного по наличию паразитов и содержанию нитратов и нитритов, которая позволяет сократить сроки его биопереработки и использовать его в качестве удобрения уже в первые месяцы, а не только после естественного уменьшения этих показателей в течение года выдерживания в буртах. Предлагаемый метод отличается тем, что позволяет убрать гнилостный и аммиачный запах помета в течение 3−10 дней, кроме этого, в течение 12 дней происходит паразитологическая очистка за 15−18 дней, содержание нитратов и нитритов доводится до приемлемого уровня, обеспечивающего его безопасное применение в качестве удобрения.

Предлагаемая нами технология и препарат на основе двух культур является биотехнологией направленного действия, которая предназначена для эффективной обработки птичьего помета (как подстилочного так и клеточного содержания).

Материалы и методы. Работа выполнялась на кафедре биотехнологии, биохимии и биофизики. Были определены: состав исходного материала (помета) для биоконверсии, влияние соотношения культур Pseudomonas и Azotobacter на эффективность биоконверсии птичьего помета через 15 суток по изменению количества колифор-мных бактерий, показателей паразатарной обсемененности, количества патогенной микрофлоры и количества личинок мух, а так же количества аммиачного азота.

Результаты исследований. В качестве исходного материала для процесса биоконверсии использовался помет птиц, взятый с птицефабрики учхоза «Кубань», Куб ГАУ, состава которого представлен в таблице 1.

Таблица 1. Состав исходного материала для биоконверсии отходов сельскохозяйственного производства.

Проведено определение влияния соотношения культур Pseudomonas и Azotobacter на эффективность биоконверсии птичьего помета через 15 суток по изменению количества колиформных бактерий и показателя эстенсивности инвазии, данные представлены в таблице 2.

Таблица 2. Влияние соотношения культур Pseudomonas и Azotobacter на эффективность биоконверсии птичьего помета через 15 суток по изменению количества колиформных бактерий и показателей экстенсивности инвазии

На основании полученных данных, можно сделать вывод, что наилучшими соотношениями компонентов препарата являются 1:3 и 2:1, так как наблюдается снижение количества колиформных бактерии в 100.

Также, исследовано влияние соотношения культур Pseudomonas и Azotobacter на эффективность биоконверсии птичьего помета через 15 суток на изменение количества патогенной микрофлоры и количество личинок мух.

Таблица 3. Влияние соотношения культур Pseudomonas и Azotobacter на эффективность биоконверсии птичьего помета через 15 суток на изменение количества патогенной микрофлоры и количество личинок мух.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что наилучшим соотношением культур является 2:1, так как применение препарата в обозначенном соотношении способствует подавлению патогенной микрофлоры, а так же снижению количества личинок мух на 72,72%, в сравнении с пометом до обработки препаратом.

На основании полученных данных, в состав препарата вошли две микробные культуры:

протеолитическая культура Pseudomonas sp., которая является спорообразующим бациллярным микроорганизмом, образующим в большом количестве высокоактивный комплекс протеазных ферментов, она получена из всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов. Культура не является патогенной, вирулентной, относится к сапрофитам (микроорганизмам, живущим в естественных, природных условиях и принимающим участие в разложении органических остатков). Имеется паспорт, подтверждающий ее не патогенность [10].

Вторая культура, входящая в состав биопрепарата Azotobacter. является природным азотфиксатором. Имеются разрешительные документы на ее использование при производстве различных биопродуктов. После внесения она активно утилизирует образованный аммиак, снижая практически до нуля его концентрацию, что дает высокий дезодорирующий эффект. Кроме того, образуемые этой культурой гетероауксины и гибереллины, являются мощными ростовыми факторами для растений [9].

Первичное воздействие на птичий помет осуществляется культурой Pseudomonas, обладающей протеолитической активностью, что позволяет остатки белка, имеющиеся в навозе и в непереваренном корме, превратить в источник питания аборигенной (уже имеющейся в навозе) микрофлоры, которая в дальнейшем обеспечивает естественное (природное) расщепление отходов птицеводства и животноводства с высокой интенсивностью. Кроме того, отмечено, что наличие протеаз обеспечивает инактивирование как гельминтов, так и их цист.

Стоимость получения препарата на порядок ниже существующих, а технология применения предусматривает его внесение сразу после получения, что обеспечивает высокую активность, без ее снижения от длительного хранения.

В результате испытаний препарата:

• · снижен титр кишечной палочки с 103 кл/мл до 102 кл/мл;
• · отмечено снижение содержания в воздухе вредных газов: сероводорода, аммиака, метана;
• · по результатам микробиологического контроля отмечено подавление гнилостной микрофлоры;
• · аммиачный азот уменьшился. В свежем помете он был равен 22% на единицу массы сухого вещества, к концу опыта содержание аммиачного азота стало 0,06%;
• · лабораторные исследования и биотестирование установили 5 класс опасности переработанного птичьего помета.

Птичий помет, не обработанный биопрепаратом, не претерпел стойких изменений, остался слипшейся массой бурозеленого цвета с неприятным запахом.

Кафедрой биотехнологии, биохимии и биофизики разработана методика получения высокоактивных культур на имеющемся ферментационном оборудовании, подобраны питательные среды с использованием недорогих компонентов, определено оптимальное время культивирования. Составлена рецептура и соотношение разных видов микроорганизмов в готовом биопрепарате.

Отработаны методики контроля процесса биоконверсии помета (химическая аналитика, микробиологический контроль, паразитология).

Полученные результаты дезодорации помещений и обезвреживания патогенной микрофлоры позволяют говорить об эффективности предлагаемой методики, позволяющей применять указанные отходы в качестве удобрения. При этом, биоразложение помета происходит в сжатые сроки (15−20 дней), что позволит не накапливать его большие количества, что происходит при естественном биоразложении.

Кафедра биотехнологии, биохимии и биофизики в содружестве с ООО «Биокомплекс» Приморско-Ахтарского района и ООО «Биирис», г. Краснодар, разрабатывает и предлагает технологические установки по ускоренной переработке отходов животноводства и растениеводства в многопрофильных хозяйствах (т. е. имеющих животноводство и растениеводства) различного типа (фермерские, ЛПХ. агрофирмы). Эти биотехнологические модули позволяют создавать экологические и экономические предпосылки для большей привлекательности агробизнеса.

• 1. Биотехнология. Книга 6: Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов. Быков В. А., Крылов И. А., Манаков М. Н. Книга в электронном виде — PDF DJVU и другие формы.
• 2. Кулагина Е.М. Микробиологическая переработка птичьего помета с помощью биопрепарата «Эк-АРГО» / Кулагина Е. М., Мухаметзянова А. Д., Барабанов В. П., Егоров С.Ю.// Вестник Казанского технологического университета.- 2006. — N° 4. С. 185−188.
• 3. Лукин С. Перспективные технологии использования пометных удобрений/ С. Лукин// Птицеводство. — 2008 — N° 7. — С. 55.
• 4. Лысенко В.И. Перспективная технология переработки помета./ В.И. Лысенко// Птицеводство. — 2011 — N° 1. — С. 52
• 5. Лысенко В.И. Экономическая оценка экологического ущерба от загрязнения птичьим пометом/ В.И. Лысенко// Птицеводство. — 2010 — N° 12. — С. 45−47.
• 6. Осипов Н.И. Санитарно-бактериологическая оценка органических отходов животноводческих предприятий (куриный помет и свежий навоз крупного рогатого скота и свиней)/Н.И. Осипов// Ветеринария. Реферативный журнал.- 2008. N° 1. С. 4
• 7. Патент 2 437 864, Российская Федерация, МПК C05F3/00, A01C3/00, С 05П 1/08.Способ микробиологической переработки птичьего помета/ В. И. Дмитриев, И. В. Мартынова. Л. И. Кочкина. Опубл. 27.12.2011. Бюл. N° 7.
• 8. Тюрин В. Птичий помет — критерий санитарно-ветеринарной оценки. /В. Тюрин, Г. Мысова// Птицеводство. — 2010 — N° 12. — С. 45−47.
• 9. Хотянович А.В. Методы культивирования азотфиксирующих бактерий, способы получения и применения препаратов на их основе: Методические рекомендации Л.: Б., 1991. —60 с.
• 10. Siddiqui I.A., Haas D., Heeb S. Extracellular protease of Pseudomonas fluorescens CHAO a biocontroll factor with activity against the root-knot nematode Meloidogyne incognita // Appl. Envitor. Microbiol. 2005. Vol. 71, N° 9. P. 566−569.