Этапы поиска природных источников, их исследование и получение из них кормовых добавок на примере содовых озер Забайкалья

Исследования поиска природных источников с ненарушенными экологическими условиями проводятся в 4 этапа:

I этап - Исследование параметров качества воды и донных осадков содовых озер.

II этап - Разработка производства получения кормовых добавок на основе донных осадков из содовых озер и изучение их токсикологических свойств.

III этап – Проведение производственных испытаний кормовых добавок на сельскохозяйственных животных.

IV этап - Изучение экономической эффективности технологии производства и применения кормовых добавок.

Исследование параметров качества воды и донных осадков содовых озер Забайкалья. Визуальные исследования содовых озер показали, что образование и распространение содовых озер зависят от геологии рельефа местности, имеют округло-овальные формы, низкие и пологие берега, ровное и слабо понижающееся к центру дно, глубина озер варьирует от 0,4 до 6,7 м.

Накапливание солей в воде и осадках содовых озер происходит за счет выщелачивания и сноса с окружающих берегов поверхностными и грунтовыми водами. При этом расход воды в озерах происходит за счет испарения, что в свою очередь приводит многие озера к накапливанию солей в водной толще и осадков на дне.

Исследование параметров качества воды содовых озер. Воды содовых озер имеют экстремально высокие значения рН (8,5-11,9) в сочетании с высокой минерализацией (до 88,6 г/л), щелочностью (до 9,6 г/л) и низким окислительно-восстановительным потенциалом (до 102), при этом основное количество исследованных озер по минерализации вод (по классификации Валяшко) относится к солоноватым. Цвет воды в озерах варьирует от прозрачного до белесо-молочного цвета. В воде содовых озер концентрации макроионов варьируют от 0,01 до 36,7 г/л, а микроионов – от 0,024 до 2,150 мг/л, свободной серы – от 0,07 до 7,49 г/л. Эти озера по классификации Алекина имеют карбонатно-гидрокарбонатно-натриевые типы вод.

Таким образом, в содовых озерах вода относится к самородной (ювенильной), по типу – к минерализованной, химическому составу – к содовой.

В экосистеме содовых озер созданы условия среды, ограничивающие развитие высших форм биоты, при этом данные условия благоприятны для развития алкалофильного прокариотного сообщества. Исследования микробиологического состава воды в содовых озерах показали наличие разных физиологических групп бактерий деструкторов I (наиболее распространенные микроорганизмы) и II порядков, и их численность варьировали от 10 до 10⁶ кл./мл.

Исследование сезонной динамики численности бактерий в воде содовых озер Забайкалья показало наличие как психрофилов (от 10до 10⁵ кл./мл), так и мезофилов (от 10² до 10⁶ кл./мл). Кроме того, исследование воды содовых озер на наличие патогенных микробов показало их отсутствие.

Таким образом, наличие в водной толще живых форм разных физиологических групп аэробных и анаэробных, мезофильных и психрофильных алкалофильных бактерий деструкторов I (протеолитиков, амилолитиков, целлюлолитиков, липолитиков) и II (сульфатредукторов, метаногенов) порядков, также продуктов их жизнедеятельности в течение года дает основание отнести воды (субстанция) содовых озер Забайкалья к биологически активным.

Характеристика донных осадков содовых озер. Исследование структурных особенностей донных осадков содовых озер показали, что они относятся к новейшим четвертичным образованиям, мощность которых достигает 1-6 м, а их механические качества характеризуются вязкостью и имеют развитую поверхность, что обуславливает большую абсорбционную способность. В связи с высокой дисперсностью (коллоидностью) и минерализованностью донные осадки исследованных озер отличаются хорошей пластичностью, влагоемкостью и теплоемкостью.

По внешнему виду эти осадки представляют собой однородную, тонкодисперсную, аморфную массу маслянистой и мазеподобной консистенции с запахами сероводорода, черного или серого цвета. Их естественная влажность варьирует в пределах 60-97% (иловая вода), а с увеличением глубины залегания (ниже 6 м) наличие воды в нем резко снижается и повышается содержание песка. Кроме того, в составе этих осадков можно выделить три основных компонента: скелет (кристаллические соли кальция и магния, глинистые и песчаные частицы), раствор (растворенные соли водной толщи, соли органических кислот, которые образуются за счет разложения микрофлоры под влиянием алкалофильных микробов-грязеобразователей) и коллоидный комплекс (гумус, органические вещества). Уровень естественной радиоактивности в исследованных озерах ниже или в пределах допустимых норм. Донные осадки содовых озер генетически относятся к сульфидно-иловым грязям, по категории – материковым.

Содержание макроионов в этих осадках варьирует от 0,0002 до 0,5 г/г, а микроионов от 0,0003 до 0,09 г/г., а количество органического вещества варьирует от 0,02 до 1,5%. Соответственно, исследования химического состава донных осадков показало, что содержащиеся в них ионы не превышают нормы, указанные ПДК.

Все основные этапы деструкции органических веществ в донных осадках содовых озер от гидролиза полимеров до образования газообразных веществ – осуществляются разными группами аэробных и анаэробных алкалофильных бактерий: протеолитиков, амилолитиков, целлюлолитиков, липолитиков, бродильщиков, сульфатредукторов и метаногенов, и их численность варьирует в пределах от 10 до 10¹¹ кл./мл. При этом наиболее распространенной группой микроорганизмов так же, как в воде, являются деструкторы I порядка, а наименее – деструкторы II порядка. Исследования показали отсутствие патогенной микрофлоры в донных осадках, что соответствует требованиям санитарно-бактериологического контроля природных объектов.

Исследования сезонной динамики активности микроорганизмов в донных осадках содовых озер показали наличие как психрофилов от 10³ до10⁵ кл./мл, так и мезофилов от 10⁴ до 10¹¹ кл./мл.

Скорость деструкционных процессов в донных осадках содовых озер показали, что среднесуточная скорость разложения белка и целлюлозы в процентах составляет 0,41–4,71 и 0,08–1,83% соответственно, кроме того, скорость сульфатредукции (0,02 до 67,9 мгS/кг сут.) выше, чем суммарная скорость метаногенеза (0,14–6,1 мкл. СН₄/кгсут.). Также оценка расхода органического углерода в донных отложениях содовых озер показывает, что для синтеза метана используется меньше органического углерода, чем при бактериальном восстановлении сульфатов.

Итак, из всего вышеизложенного следует, что в донных осадках содовых озер в течение года идут деструкционные процессы, и разница состоит в их скорости. Тем самым в течение года живые формы алкалофильных бактерий обогащают минеральную фракцию донных осадков (субстанции) продуктами и веществами собственной жизнедеятельности, как в процессе естественного метаболизма, так и отмирания, что дает основание отнести донные осадки содовых озер Забайкалья к биологически активным бактериальным илам или «активным илам». Кроме того, исследования содовых озер показали наличие чистой культуры микроорганизмов алкалофилов и всех необходимых веществ для их жизнедеятельности от природных биополимеров до широкого спектра органических соединений (метана, углекислоты и т.д.) и макро- и микроэлементов. Сохранение определенной стерильности достигается химическим методом за счет pH 9-12 воды и осадков, в результате происходит уничтожение всех посторонних микроорганизмов, кроме алкалофилов. При этом регулирование условий роста алкалофилов происходит за счет температуры воздуха воды, рН, концентрации растворенного в воде кислорода, минерализации, наличия макро и микроэлементов и биополимеров, и т.д.

Таким образом, вода содовых озер при всем ее разнообразии по физико-химическим показателям является высоко минерализованной при высоком уровне рН, что и обуславливает возникновение и существование в этих озерах уникального автономного с собственной трофической сетью сообщества алкалофильных микроорганизмов. В результате жизнедеятельности этого сообщества вода и донные осадки содовых озер приобретают свойства биологически активных субстанций пригодных для получения дешевых экологически чистых, сбалансированных в отношении макро-микроэлементов и БАВ кормовых добавков, лекарственных средств и т.д.