Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА

Изобретение относится к сельскому хозяйству, экологии и биотехнологии и может быть использовано для переработки органических отходов птицеводческих предприятий в качественное органическое удобрение.

В настоящее время существует широкомасштабная проблема по утилизации отходов птицеводческих комплексов, загрязняющих природную среду. Практика открытого хранения помета в лагунах превращает прилегающие к крупным птицеводческим комплексам территории в зоны экологического бедствия. Происходит загрязнение атмосферного воздуха, водных объектов, распространение болезней. При хранении в чистом виде помет быстро слеживается и испускает зловонный запах, обусловленный образованием продуктов разложения, таких как аммиак, сероводород, меркаптан, фенол.

Огромные залежи помета, как правило, отличаются высоким содержанием экологически опасных компонентов, в частности: тяжелых металлов, пестицидов, микотоксинов, медикаментозных средств, возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, радиоактивных веществ, загрязняющих почву и растения. По Федеральному Классификационному Каталогу Отходов (ФККО) птичий помет относится к 3 классу опасности.

Загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) представляет важную экологическую проблему. Уменьшение токсичности тяжелых металлов в почвах возможно за счет их связывания в труднорастворимые соединения. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах и их поглощение растениями могут быть уменьшены при создании условий для осаждения рассматриваемых поллютантов в виде труднорастворимых осадков (карбонатов, фосфатов, гидроксидов и др). Предполагается, что некоторые бактерии и грибы могут связывать металлы в нетоксичные комплексы (Жданова Н.И., Олиферчук В.П. Использование некоторых почвенных микромицетов для очистки промышленных сточных вод // Микробиологический журнал. - 1993, - т. 55, №3, - С. 67-73).

Одним из направлений решения данной проблемы является биологическая переработка отходов с использованием консорциумов микроорганизмов, которая позволяет быстро и эффективно перерабатывать значительное количество органических отходов. Компостирование помета с введением микроорганизмов позволяет получить экологически чистое органическое удобрение, необходимое для повышения плодородия почвы, при этом срок компостирования значительно сокращается. Микроорганизмы, используемые для переработки органических отходов, способствуют накоплению в почве гумуса и элементов питания растений, стимулируют их рост и развитие, обладают антагонистической активностью по отношению к патогенной микрофлоре, способствуют снижению токсических веществ.

Известен способ биологической переработки птичьего помета, предусматривающий смешение птичьего помета с влагопоглощающим материалом с последующей аэробной ферментацией смеси в присутствии консорциума микроорганизмов ВКПМ В-5972, в качестве микроорганизмов используют Streptococcus thermophilus, Streptococcus bovis, Lactobacillus salivarius var salicinicus, Lactobacillus salivarius var salivarius, Lactobacillus acidophilus, консорциум микроорганизмов вносят в помет перед его смешением с влагопоглощающим материалом, причем предварительно птичий помет в присутствии консорциума бактерий ферментируют в естественных условиях, а затем полученную смесь подвергают аэробной ферментации при перемешивании в присутствии синантропных мух до естественного снижения температуры ферментационной смеси до 25-30°С, а затем вторично в смесь вносят указанный консорциум бактерий и ферментируют ее в естественных условиях (см. пат. RU №2055823, МПК COSF 11/08, 1996 г.). Недостатком известного способа является сложность технологического процесса, а также большой расход микроорганизмов.

Известен способ биологической переработки птичьего помета, включающий последовательно послойную укладку помета и влагопоглощающего органического материала, формирование, по крайней мере, одного бурта, внесение микроорганизмов в жидкой форме в виде суспензии, перемешивание смеси, осуществление биологического разогрева и аэробную ферментацию смеси до естественного снижения ее температуры до 25-30°С, использование в качестве микроорганизмов консорциума штаммов Bacillus subtilis В-168, Bacillus mycoidesB-691, Streptomyces sp. Ac-154, Mucor psychrophilus F-1441, Candida utilis Y-2441 в количестве 1×10⁶-1×10⁷ клеток в 1 мл на 1 т птичьего помета (пат. RU 2445295, МПК C05F 3/00, 11/08, опуб. 20.03.2012, БИ №8).

Недостатком способа является также наличие большого количества штаммов микроорганизмов, трудоемкость процесса производства.

Наиболее близким к предлагаемому является способ микробиологической переработки птичьего помета с использованием микробиологических культур, разведенных в воде и вносимых в птичий помет однократно, с последующей послойной укладкой птичьего помета в бурты с добавлением до 20% влагопоглощающего органического материала, использованием в качестве микробиологических культур штамма дрожжей Candida krusei-96 и пищевых дрожжей Saccharomyces cerevisiae в соотношении 1:1 с титром 10⁸ КОЕ/мл. (пат. RU №2 522 523, МПК C05F 11/08, опуб. 20.07.2014 БИ №20).

Недостатком данного способа является отсутствие показателей безопасности компоста, в частности по содержанию тяжелых металлов и недостаточное качество биокомпоста.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение заключается в повышении качества биокомпоста за счет снижения содержания тяжелых металлов, в снижении экологической нагрузки, в получении высококачественного органического удобрения и низкой стоимости изготовления.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе микробиологической переработки птичьего помета с использованием микробиологических культур, разведенных в воде и вносимых в птичий помет однократно, с последующей послойной укладкой птичьего помета с добавлением до 20% влагопоглощающего органического материала, в качестве микробных культур используют штаммы Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30 в соотношении 1:2 соответственно, с титром 10⁸ КОЕ/мл, которые вносят в количестве 4 мл на тонну птичьего помета.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются совместное использование штаммов Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30, взятых в соотношении 1:2 соответственно, с титром 10⁸ КОЕ/мл, и внесение микробных культур в количестве 4 мл на тонну птичьего помета.

Штамм Candida krusei-96 выделен из антропогенно загрязненного почвенного слоя. Candida krusei-96 не требователен к факторам роста, растет при температуре 4-40°С, рН 2-10, в присутствии 10% NaCl. Candida krusei-96 имеет следующие морфологические и физиологические характеристики.

Морфология. Округлые дрожжевые клетки, размерами: 4,0±0,17 мкм и 5,0±0,3 мкм. В мазках клетки располагаются по отдельности изолировано или скоплениями в виде цепочек.

Культуральные признаки. На сусло-агаре рост клеток характеризуется образованием мелких (1 мм), округлой формы, мутных, кремового цвета, с ровными краями и вязкой консистенцией колоний. При выращивании на жидкой питательной среде (МПБ, бульон Сабуро) вызывают помутнение с формированием слизистой пленки и хлопьев, разбивающихся при встряхивании.

Физиологические признаки. Аэроб, оптимальные условия роста при температуре 35-37°С и рН 4,8-5,0.

Биохимические свойства. Ферментирует мальтозу с образованием кислоты и газа. С образованием только кислоты расщепляет глюкозу, сахарозу, глицерин, маннит, сорбит, дульцит, лактозу. Обладает каталазной, уреазной, амилолитической, целлюлозолитической, протеолитической, липазной активностью, не образует индол, сероводород.

Штамм Candida krusei-96 непатогенен, не проявляет фитотоксических свойств. Штамм депонирован во Всероссийской государственной коллекции штаммов микроорганизмов, используемых в ветеринарии и животноводстве (Candida krusei-96 -ВГНКИ 04.05.18.-ДЕП).

Штамм Trichoderma reesei RUT-C30 является продуцентом целлюлолитических ферментов, гемицеллюлаз (ксиланазы, бета-маннаназы) и альфа-галактозидазы. Размножается на средах мальт-пептонный агар и картофельно-глюкозный агар. Растет при температуре 25°С. Штамм Trichoderma reesei RUT-C30 не является генетически модифицированным штаммом, относится к 1-му уровню биобезопасности. Регистрационный номер коллекции ВКПМ F-1093.

Известно, что многие грибы рода Триходерма активизируют разложение органических остатков, повышая плодородие почвы, ускоряют перепревание компостной массы. Их используют в составе фунгицидных препаратов, так как они очень быстро разрастаются и вытесняют другие виды грибков и патогенные микроорганизмы, выделяют в окружающую среду природные антибиотики и стимуляторы роста растений (Алимова Ф.К. Промышленное применение грибов рода Trichoderma, Казань, 2006; Садыкова В.С. Грибы рода Trichoderma Средней Сибири: видовой состав и использование в биотехнологии / B.C. Садыкова, А.В. Кураков, А.Н. Лихачев // Биоразнообразие и экология грибов и грибоподобных организмов Северной Евразии: материалы Всероссийской конференции с международным участием, Екатеринбург, 20-24 апреля 2015 г. - Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2015 - С. 217-219).

Способ микробиологической переработки птичьего помета осуществляют следующим образом. На твердую ровную площадку или отстойник укладывают птичий помет послойно на высоту 1-1,5 м с добавлением до 20% влагопоглощающего материала (соломы или опилок) и каждый слой поливают водным раствором, содержащим смесь штаммов микроорганизмов Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30,

в соотношении 1:2 из расчета 4 мл на тонну птичьего помета один раз и оставляют на воздухе на 20-30 суток. Обработку подстилочного помета, при напольном содержании птицы, проводят путем полива рабочим раствором микроорганизмов в той же концентрации в помещении с последующей укладкой и формированием буртов. Осуществляют биологический разогрев до температуры 70°С и ведут аэробную ферментацию смеси до естественного снижения температуры до 20-30°С. Полученное органическое удобрение фасуется в пластиковую тару и складируется. Полученный продукт можно также гранулировать с последующей его сушкой.

Микроорганизмы, входящие в состав смеси, эффективно разлагают птичий помет и превращают его в качественное, экологически чистое, органическое удобрение с высокими питательными свойствами и без специфического запаха.

Изобретение поясняется примерами.

Пример 1. Отработка оптимальных доз внесения микроорганизмов.

Опыты проведены в лабораторных условиях на свежем птичьем помете.

Схема опыта включала внесение микроорганизмов Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30 в разных концентрациях, с содержанием в 1 мл 10⁸ микр. кл.:

- Контроль (без внесения микроорганизмов);

- Опыт №1 - внесение микроорганизмов в дозе 0,01 мл/кг;

- Опыт №2 - внесение микроорганизмов в дозе 0,02 мл/кг;

- Опыт №3 - внесение микроорганизмов в дозе 0,03 мл/кг;

- Опыт №4 - внесение микроорганизмов в дозе 0,04 мл/кг.

Перед внесением культуральную жидкость разводили чистой нехлорированной водой (1:100).

При микробиологических и капрологических исследованиях образца №1 (вариант опыта с внесением микроорганизмов в количестве 0,01 мл/кг), анализированного на 20 сут опыта, обнаруживались более 1000 бактерий группы кишечной палочки, более 100 энтерококков, сальмонеллы и ооцисты простейших. Использование дозы 0,03-0,04 мл/ кг снижало уровень микробной контаминации субстрата.

Оптимальной дозой, как показали опыты, является доза - 0,04 мл/кг (таблица 1).

Таким образом, в результате использования микроорганизмов Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30 для переработки помета происходит обезвреживание субстрата от патогенной микрофлоры, значительно уменьшается количество бактерий группы кишечной палочки, энтерококков, сальмонеллы, стафилококки и ооцисты простейших в готовом субстрате не обнаруживались.

Пример 2. Изучение эффективности использования консорциума микроорганизмов для утилизации и обезвреживания подстилочного птичьего помета.

Опыты проводили на подстилочном помете индейки на Агрофирме «Залесный» РТ.

Подстилочный помет индейки, смешанный с влагопоглощающим материалом, в качестве последнего использовали опилки, с влажностью 60-75%. В полученную смесь вносили консорциум штаммов Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30, в соотношении 1:2 с титром 1×10⁸ КОЕ/мл, разведенный в чистой нехлорированной воде (1:1000), из расчета 4 мл на 1 т птичьего помета путем разбрызгивания по всему объему помещения, складировали в бурты и затем вели аэробную ферментацию смеси до естественного снижения температуры до 25-35°С. Время ферментации занимало 20-30 суток. Исследования динамики изменения микробиологических показателей в процессе компостирования приведены в табл. 2. Исследования проводили согласно ГОСТ Р 54653-2011 Удобрения органические. Методы микробиологического анализа.

где: (+) - наличие яиц гельминтов и ооцист простейших; (±) - единичные яйца гельминтов и ооцист простейших; (-) - отсутствие яиц гельминтов и ооцист простейших.

На 20 сутки опыта патогенные микроорганизмы, яйца и личинки гельминтов, ооцисты простейших не обнаруживались (при наличии в исходном субстрате). Влажность субстрата составила 70,3%, массовая доля органического вещества в пересчете на углерод 42,0%, содержание азота, фосфора, калия - 5,1; 2,9; 2,5%. Обработанный помет представлял собой рассыпчатую массу темно-коричневого цвета без специфического неприятного запаха.

Пример 3. Изучение эффективности использования консорциума микроорганизмов для снижения содержания солей тяжелых металлов в подстилочном помете индейки.

Опыты проводились в условиях Агрофирмы «Залесный» РТ. Подстилочный помет, содержащий 20% опилок, поливали рабочим раствором микроорганизмов, разведенных в чистой нехлорированной воде (1:1000) путем равномерного разбрызгивания по всему объему помещения, до влажности 90% и укладывали в бурт высотой 1,5-2,0 м, общий объем складированного субстрата около 50 т и проводили аэробную ферментацию до естественного снижения температуры до 25-30°С. В опытах использовали следующие варианты микробных консорциумов:

Опыт №1 -. Candida krusei-96 в количестве 1×10⁸ клеток в 1 мл из расчета 4 мл на 1 т птичьего помета;

Опыт №2 - Trichoderma reesei RUT-C30, в количестве 1×10⁸ клеток в 1 мл из расчета 4 мл на 1 т птичьего помета;

Опыт №3 - Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30, в соотношении 1:2 с титром 1×10⁸ КОЕ/мл из расчета 4 мл на 1 т птичьего помета.

В контрольный бурт микроорганизмы не вносили. По окончании процесса ферментации отбирали образцы полученного компоста и проводили анализ на содержание в них тяжелых металлов в соответствии с ГОСТ 26929-94, ГОСТ 26931-86, ГОСТ 26932-86, ГОСТ 26933-86, ГОСТ 26934-86.

Исследования образцов птичьего помета до и после аэробной ферментации представлены в таблицах 4, 5.

Из таблицы 4 видно, что наибольшее снижение содержания тяжелых металлов отмечено в опыте №3, при обработке помета консорциумом Candida krusei-96 и Trichoderma reesei RUT-C30, в соотношении 1:2, с содержанием клеток 1×10⁸ клеток в 1 мл, взятых в количестве 4 мл на 1 т птичьего помета.

Как видно из таблицы №5 снижение содержания тяжелых металлов в образцах после микробиологической обработки птичьего помета снизилось от 26,5 до 58,6%.

Таким образом, предлагаемый способ микробиологической переработки птичьего помета позволяет улучшить качество биокомпоста за счет снижения содержания тяжелых металлов, бактерий группы кишечной палочки и яиц гельминтов, уничтожения резкого специфического запаха, что способствует снижению класса опасности помета, решению проблемы утилизации отходов и снижению загрязненности окружающей среды в зоне птицеводческого предприятия, а также получить высококачественное органическое удобрение с низкой себестоимостью изготовления.