"Санитарно-гигиенические и микробиологические аспекты утилизации органических отходов."

Биодинамическое опытно-экспериментальное производство “Витагран” ООО “Мегавис”, Одесское отделение Инженерной Академии Украины

Проблема утилизации отходов, и, в том числе – органических, является одной из острых проблем функционирования как любого большого города, так и области в целом. Отходы производства и потребления при их накоплении на свалках служат источником реальной эпидемиологической и экологической опасности для населения. Предлагаемый способ утилизации отходов путем сжигания – энергоемок и, по существу, в свою очередь служит активным источником загрязнения окружающей среды, т.к. зола и шлак, образующиеся при сжигании, содержат в значительной степени тяжелые металлы и продукты неполного сгорания органических веществ. В итоге, мы имеем довольно незавидное положение.

Пассивное накопление большого количества отходов, а также их сжигание, свидетельствует о неспособности государства использовать в достаточной степени такой вид местного сырья, как вторичные материальные ресурсы. Ведь, по большому счету, отходов, как таковых в природе не существует. Существуют вторичные ресурсы, которые человек еще не научился включать в общий природный круговорот вещества и энергии и использовать себе во благо. А нерешенные экологические проблемы могут послужить серьезной опасностью полноценному существованию любого общества.

Для Украины вопросы экологической безопасности приобретают приоритетное значение, поскольку именно экология определяет, и будет определять в ближайшем будущем нормы и стиль жизни общества. И в условиях перехода к рыночным отношениям в Украине закономерным является использование ресурсосберегающих технологий, научной основой которых служат идеи технологически замкнутого кругооборота использования природного сырья и организация безотходных производственных комплексов.

Несмотря на большое разнообразие существующих вторичных ресурсов, хочется подробнее остановиться на органикосодержащих отходах.

Так, в г. Одессе, ежедневно образуется от 1300 до 1700 тонн мусора, и, вместе с тем, сложившаяся схема обезвреживания твердых бытовых отходов не отвечает нормативным требованиям и создает условия для поддержания эпидемиологической нестабильности. Существующие две городские свалки: №1- в Дальницких карьерах, в 5-6 км от черты города (96,2 га) и №2 – в городе, в районе цементного завода (76,5 га) – перегружены и сами являются источником загрязнения окружающей среды. По данным Управления экологической безопасности Одесского горисполкома, содержание органического вещества отходов (в процентах на абсолютно сухое вещество) достигает уровня 40 – 75 %. Примерный морфологический состав таких отходов: бумага (25 – 40 %), пищевые отходы (20 - 30 %), дерево-листья (0,5– 3,5 %), текстиль (4 – 5 %), кости (0,3 – 2 %), камыш (0,5 – 3 %).

Наряду с твердыми бытовыми отходами, нагрузка на окружающую среду также идет со стороны коммунальных сточных вод и двух городских станций биологической очистки – “Северная” и “Южная”.

Все указанные отходы поддаются биоутилизации или биоконверсии. В настоящее время предусматривается значительное расширение работ по созданию типовых проектов биоэнергетических установок различного назначения, где особое внимание уделяется исследованиям в области биологии анаэробных микроорганизмов. Ведь именно анаэробное сбраживание и обуславливает санитарно-гигиенический эффект обеззараживания отходов.

Так, при термофильном режиме (52 - 56° С) работы метантенков неспорообразующая патогенная микрофлора теряет жизнеспособность за 3–5 суток. В этих условиях снижение общего количества микрофлоры происходит интенсивнее, чем при мезофильном режиме сбраживания (36–38 ° С), а грибы, дрожжи и БГКП исчезают. Ферментацией в течение 5 суток достигается 100 % обеззараживание субстрата – полностью погибают патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов.

В целом же биоценоз компостируемой органической массы включает бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, дрожжи, простейшие. Такономический состав биоценоза изменяется в ходе компостирования, и здесь отчетливо прослеживаются три фазы. В первой фазе случайно попавшие в субстрат сапрофитные микроорганизмы адаптируются к новым условиям. Идет смена кишечной микрофлоры (если в качестве субстрата использовали навоз) на гнилостную. Интенсивно развиваются неспорообразующие аммонифицирующие бактерии, уробактерии, бактерии, разлагающие белковые субстраты и освобождающие аммиак и сероводород. Аммиак, в свою очередь, окисляется до нитратов нитрифицирующими бактериями, а при дефиците кислорода нитраты восстанавливаются денитрифицирующими бактериями. Несколько иначе развиваются события в органическом субстрате, не содержащем навоз. Здесь на первом этапе наблюдается постепенное развитие представителей гнилостной микрофлоры, которые используют легкометаболизируемые соединения растительных остатков.

Первая фаза биоконверсии органических отходов характеризуется высоким содержанием микроорганизмов и длится 3 - 4 недели.

Во второй фазе возможно заселение субстрата вермикультурой – специально выведенной расой дождевого червя – красным калифорнийским гибридом. В этой фазе более активен процесс трансформации и деструкции лигнина, целлюлозы, пектина и других трудноутилизируемых форм органических веществ. Соответственно активизируются микроорганизмы, продуцирующие внеклеточные гидролитические ферменты. Во второй фазе в компосте значительной численности достигает группа аэробных, мезофильных, неспорообразующих микроорганизмов и, прежде всего, бактерий рода Cytophaga. Главная их функция – разложение целлюлозосодержащих субстратов и трансформация лигнина – основного источника гумусовых веществ. Обнаруживаются также анаэробные целлюлозолитические бактерии.

Процесс бактериального разложения целлюлозы протекает с высокой скоростью (3–7 суток). Расщепление целлюлозы с максимальной скоростью происходит в условиях оптимальных и для вермикультиви-рования: температура 25-28° С, влажность 70-80%, рН 7,0.

Используя микроорганизмы как источник питания, черви, в свою очередь, регулируют численность и состав микрофлоры гумуса – один из важнейших факторов, определяющих его качество. Количество бактерий к концу второй фазы снижается на 1-2 порядка. Таксономический состав их существенно оттличается от первоначального. Переработанный червями субстрат представляет собой в основном копролиты дождевых червей, скрепленные слизистыми выделениями кишечника и насыщенные ферментами, витаминами и микроорганизмами.

В третьей фазе вермикультивирования после перехода червей в свежий субстрат в копролитах протекает активная биохимическая деятельность экзоферментов и микроорганизмов. При этом продолжается процесс гумусообразования, идет биохимическая стабилизация образо-вавшегося продукта.

Нами было подсчитано количество микроорганизмов отдельных эколого-трофических групп в зрелом биогумусе. Так, численность стрептомицетов в субстратах превышала их обычное содержание в почвах в 2,5–9 раз, бактерий, разлагающих сложные азотсодержащие органические соединениия – в 2-5 раз. Количество бактерий, утилизирующих минеральный азот, превышало содержание органотрофов, что свидетельствовало о высокой минерализационной активности микробных сообществ в субстратах. Количество свободноживущего азотфиксатора – азотобактера сравнимо с его обычным содержанием в почве. В субстратах выявлены также бактерии, относящиеся к роду нокардий. Они способны разлагать гумусовые соединения и переводить в доступную для растений форму содержащиеся в них вещества. Отмечены также микроорганизмы, продуцирующие полисахариды. Из целлюлозоразлагающей микрофлоры обнаруживались только бактерии.

Таким образом, благодаря биотехнологиям, и, в частности - технологии вермикомпостирования, возможна не только утилизация практически любых органических отходов, но и их обеззараживание от патогенной микрофлоры, наряду с производством ценных органических удобрений с высоким содержанием как всех необходимых элементов питания растений, так и полезной микрофлоры, витаминов, ферментов и т.п. Подобная технология при сравнительно малых затратах позволяет использовать органические отходы как вторичное сырье для нужд народного хозяйства.