1514

–аэрационная труба из металлического каркаса, обтянутая нержавеющей металлической сеткой с размером ячеек 2 мм;

–разгрузочное устройство, представляющее собой металлическую трубу

сокнами, снабженную захватывающими лопастями;

–опорные лопатки, закрепленные на аэрационной трубе черезкаждые 50 см. Аэрационная труба обеспечивала доступ воздуха во все слои загруженного

субстрата. Опорные лопатки снимали избыточное давление на вермикультуру

ипредотвращали уплотнение субстрата. С помощью разгрузочного устройства облегчался процесс выгрузки готового продукта и снимался эффект зависания субстрата.

Перед загрузкой установки отходы производства: кора различного срока хранения (от 1 года до 30 лет), избыточный активный ил и речной песок в количествах, соответствующих оптимальному варианту компонентного состава субстрата, тщательно смешивали, и доводили влажность исходного субстрата до 80 %. Подготовленный субстрат загружали в корпус 1 через загрузочную горловину.

Одновременно с загрузкой послойно через каждые 40 см субстрата загружали вермикультуру. Устройство 5, предназначенное для снятия давления субстрата, не препятствовало полной загрузке корпуса.

Общая масса загруженного субстрата составила 150 кг. Количество загруженных червей составило 945 экземпляров (экз.). Из них 660 особей были половозрелыми и 240 не достигли половозрелости. Дополнительно, в расчете на случайную гибель, добавили 5 % от общей численности червей, что составило 45 экз. Необходимое число особей червей было определено экспериментальным путем и составило 30 экз. на 5 кг субстрата.

Процесс деструкции отходов проводили при соблюдении оптимальных условий: температура окружающего воздуха – 21–22 °С; влажность субстрата – 75–80 %. Увлажнение перерабатываемой смеси производилось водопроводной водой температурой 18–20 °С с еженедельным расчетом 0,1 л воды на 1 кг субстрата. Общий объем воды для разового полива составил 15 л. Избыточная жидкость сливалась через разгрузочное отверстие после полива.

Входе эксперимента установлено, что длительность периода деструкции отходов ЦБК в вертикальном реакторе составила 4,5 месяца. Увеличение времени деструкции субстрата обусловлено замедленной адаптацией вермикультуры к коре 5-летнего срока давности, содержащей большой процент щепы. По окончании процесса переработки отходов в укрупненной лабораторной установке было получено два продукта: биомасса – увеличенное количество червей

ибиогумус – переработанный субстрат. По истечении 3 месяцев была произведена выгрузка продукта и дана оценка его качеству. 70 % полученной массы составлял биогумус, представляющий собой рыхлую черную массу с земли-

211

стым запахом, состоящую из структурированных черных образований – копролитов. 30 % составлял балласт – непереработанные отходы. В процессе переработки отходов произошло значительное увеличение биомассы за счет появления молодых особей с 945 экз. в начале эксперимента до 8,5 тыс. экз. в конце эксперимента. Результаты эксперимента свидетельствовали о том, что в процессе переработки отходов на лабораторной установке произошло значительное увеличение численности червей (в 9 раз). В популяции прошло два цикла размножения. Извлеченные из биогумуса черви оценивались по стандартным характеристикам. Установлено, что популяция вермикультуры состояла из разновозрастных животных и находилась в хорошем рабочем состоянии.

Испытания установки показали возможность применения вермиреактора вертикального типа для вермикулътивирования твердых отходов ПЦБК и позволили определить исходные данные для проектирования опытно-промышленного вермиреактора. В качестве исходных были приняты следующие данные:

–в реакторе необходимо обеспечить постоянную аэрацию всей толщи перерабатываемого субстрата, не допуская появления анаэробных зон;

–необходимо предусмотреть наличие устройства, позволяющего равномерно орошать всю массу перерабатываемого субстрата;

–разработать конструкцию опорных лопаток, не вызывающих травмирование животных, что увеличивает время адаптации червей к свежему субстрату,

ине препятствующих орошению субстрата;

–опорные лопатки должны размещаться с интервалом 1,0 м;

–необходимо предусмотреть систему дренажа и сбора избытка орошающей жидкости;

–необходимо предусмотреть в реакторе наличие устройства, исключающего эффект слеживания, слипания материала и его зависания приразгрузке;

–конструкция реактора должна позволять производить послойную загрузку вермикультуры с интервалом 0,5 м;

–реактор должен быть размещен в отапливаемом помещении с температурой воздухане ниже 16 °С (оптимальная температура – 22 °С);

–конструкция вермиреактора должна обеспечить возможность постоянного контроля за ходом процесса переработки и состоянием вермикультуры;

–общая высота реактора устанавливается с учетом высоты производственного помещения. На основании полученных на укрупненной лабораторной установке результатов, определены исходные данные для проектирования опытнопромышленного реактора.

Основные трудности при проектировании реактора вертикального типа заключались:

–в необходимости обеспечения постоянной аэрации и равномерного орошения всей массы перерабатываемого субстрата;

212

–в снятии давления вышележащих слоев;

–в исключении эффекта слеживания, слипания материала и его зависания при загрузке;

–в обеспечении дренажа избытка орошающей жидкости.

Конструктивные особенности опытно-промышленного реактора позволили решить перечисленные проблемы. На основании проделанной работы был разработан комплект рабочей документации, и по нему изготовлен вермиреактор вертикального типа. Принципиальная схема опытно-промышленного реактора представлена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Принципиальная схемаконструкцииопытно-промышленного реакторавермикультивирования: 1 – корпус реактора; 2 – разгрузочный шибер; 3 – разгрузочный отсек; 4 – аэрационная труба; 5 – опоры; 6 – привод движения аэрационной трубы; 7 – загрузочная горловина; 8 – разгружающиеэлементы; 9 – аэрационныеотверстия; 10 – смотровые

окна; 11 – разгрузочный люк; 12 – технологический люк

Полученные экспериментальные данные, а также накопленный практический опыт создания и эксплуатации опытно-промышленного вермиреактора и результаты оценки качества полученных при этом целевых продуктов верми-

213

компостирования органических отходов ПЦБК были использованы в качестве исходных при проектировании промышленного реактора.

На основании результатов экспериментальных исследований по изучению параметров процесса вермикомпостирования и разработке конструкции вермиреактора вертикального типа была разработана технологическая схема участка переработки органических отходов.

Для повышения коэффициента использования погрузочно-разгрузочного оборудования, используемого для периодического обслуживания установок, необходима эксплуатация группы реакторов (не менее 10).

Технологическая цепочка утилизации отходов с использованием промышленных вермиреакторов вертикального типа включает: участок сортировки отходов и смешения компонентов перерабатываемого субстрата; участок переработки отходов; участок отделения биомассы; участок сортировки биогумуса; участок подготовки биомассы (маточник). Включение в технологическую цепочку участка подготовки вермикультуры обусловлена необходимостью поддержания количества биомассы в реакторах на оптимальном уровне, а также на случай аварийной ситуации, связанной с гибелью вермикультуры при нарушении технологических параметров процесса. Разведение вермикультуры производится в маточном хозяйстве, в специальных устройствах-маточниках (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Схема маточника: 1 – корпус; 2 – основание; 3 – откидная стенка; 4 – опрокидыватель; 5 – ящики

Блок-схема непрерывного технологического цикла утилизации органических отходов методом вермикомпостирования с применением реакторов вертикального типа представлена на рис. 3.8.

214

Рис. 3.8. Блок-схема непрерывного технологического цикла утилизации органических отходов методом вермикомпостирования: А – передача субстрата (корма) в маточник; Б– подачаисходногоштаммавермикультурывматочникдляразмножения; В– передача отработанного субстрата (биогумуса) из маточника на сортировку вермикомпоста; Г – передача маточной культуры в вермиреактор

Проведенными исследованиями доказана возможность деструкции трудноразлагаемой целлюлозосодержащей фракции ТБО культурой дождевых червей с получением биогумуса и биомассы при использовании разработанной вермиреакторной промышленной технологии.

Для интенсификации процесса вермикомпостирования селекционным путем была выведена промышленная линия червей Eisenia foetida, адаптированная к целлюлозосодержащим отходам, характеризующаяся повышенной

215

прожорливостью, коротким адаптационным периодом (5–7 суток), отличающаяся от природной популяции морфологическими признаками (длина – 80–110 мм, вес – 0,8–1,2 г, количество сегментов – 95–110).

Изучение условий разведения червей и параметров процесса вермикомпостирования позволило разработать опытно-промышленный вермиреактор вертикального типа производительностью 18 т биогумуса в год, испытания которого показали возможность применения подобных реакторов в технологической схеме вермикомпостирования органической фракции ТБО. Как показали проведенные расчеты, затраты на внедрение технологии окупаются в течение 2 лет, после чего производство биогумуса становится экономически выгодным за счет постоянно растущего спроса населения на высококачественное органическое удобрение.

Разработанный проект технологии производства биогумуса из органических отходов и рабочие чертежи вермиреактора были переданы в Пермский целлюлозно-бумажный комбинат.

Были проведены исследования по оценке биогумуса, полученного в процессе промышленной вермиреакторной переработки твердых отходов Пермского ЦБК в качестве удобрения

Для использования полученного биогумуса в процессе переработки твердых отходов ПЦБК на вермиреакторных установках в качестве органического удобрения при выращивании сельскохозяйственных культур необходимо было оценить его физико-химические и агрохимические свойства. Физико-химическая характеристика биогумуса представлена в табл. 3.2.

Для оценки влияния биогумуса на агрохимические свойства почвы, на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции его опытная партия,

216

полученная на пилотной установке, была испытана в полевых условияхсовместно со специалистами Пермского научно-исследовательского института сельского хозяйства.

Результаты проведенных исследований по оценке качества получаемого при промышленной переработке твердых отходов ПЦБК с использованием биогумуса позволяют сделать вывод о том, что он является ценным органическим удобрением, характеризующимся нейтральной реакцией среды (рН = 7,0), высоким содержанием органических веществ (81,9 %), в том числе гумуса – 25 %, высоким содержанием биогенных элементов (фосфор подвижный – 0,55 %, азот общий – 0,81 %, калий общий – 0,59 %). Проверка его физико-химических и агрохимических свойств в полевых условиях на примере определения влияния биогумуса на урожайность картофеля и на развитие растений земляники показала повышение урожайности картофеля при его применении на 25 % и увеличение выхода посадочного материала земляники, по сравнению с контрольными вариантами, о чем дано заключение Пермского научно-исследовательского института сельского хозяйства.

Параллельно проводились исследования по оценке возможности использования биомассы дождевых червей, полученной в процессе вермикомпостирования органических отходов, в качестве кормовых и пищевых добавок, а также как биологической активной основы для производства протекторных и лечебных медицинских препаратов

К настоящему времени достаточно полно разработана методология и широко известна практика ее использования в качестве кормовых и пищевых добавок, а также как биологически активной основы для производства медицинских и косметических средств, сырья для приготовления мясопептонных бульонов и сухих питательных сред в микробиологии вместо дорогостоящих первичных материалов.

Традиционно биомасса червей используется как пищевой продукт в ряде стран, известно использование биомассы червей после специальной обработки в качестве основных компонентов ряда лечебных средств наружного применения в ветеринарии и медицине. Вместе с тем недостаточно изучен вопрос применения белковых веществ биомассы вермикультуры в детском лечебном питании как протекторных и антитоксических депрессантов, так как население территорий, находящихся в условиях экологического стресса, подвергается многофакторным комплексным, физическим и химическим нагрузкам, результатом которых могут являться различные формы неблагоприятных имун- но-зависимых, аллергических, соматических проявлений вследствие снижения неспецифической резистентности организма. Особую опасность представляет широкий спектр аллергических и иммунных реакций детского организма на белковосодержащие компоненты питания, вплоть до глубокого дисбактериоза

217

или невозможности использования биологически необходимых структурноростовых составляющих питательных элементов.

Всвязи с этим поиск экологически чистых компонентов белкового питания

снизким уровнем реакционности является весьма актуальным. Опыт отечественного и зарубежного вермикультивирования позволяет рассматривать биомассу вермикультуры как возможный потенциальный источник белкового субстрата, эффективный в качестве добавок к обычному рациону питания населения, в том числе детского.

Вместе с тем известно и то обстоятельство, что дождевые черви – вторичные консументы являются концентраторами ЭХВ, микроэлементов и других химических веществ, находящихся в перерабатываемом субстрате как внутри останков клеточных структур растений, микроорганизмов и простейших, так и вне их в свободном диссеминированном состоянии.

Проведенными нами предварительными исследованиями по оценке содержания ЭХВ в биомассе дождевых червей, использованных при переработке избыточных активных илов БОС нефтеперерабатывающего предприятия, было установлено значительно большее их содержание солей тяжелых металлов в биомассе по сравнению сих содержанием в полученномприэтомвермикомпосте.

Эти результаты совпадают с представлениями о том, что путем переработки методом вермикомпостирования органических отходов, содержащих ксенобиотики, можно получить снижение их концентраций в 1,5–2,0 раза в получаемом вермикомпосте за счет перехода их в биомассу червей, выполняющих в этом случае свою функцию биоконцентраторов ЭХВ [58].

Вместе с тем в нашей стране сложилась практика достаточно широкого использования биомассы червей в качестве кормовых добавок без должной оценки ее качества (содержания ЭХВ, радионуклидов), что может привести к серьёзным неблагоприятным последствиям.

Это определило необходимость проведения исследований по разработке критериев оценки исходного сырья для вермикомпостирования для того, чтобы

вполученной при этом биомассе червей содержание ЭХВ и других опасных

вветеринарном и санитарно-гигиеническом отношении не приводило к неприемлемой вероятности возникновения рисков и тяжести их последствий при использовании этой биомассы в качестве кормовых и пищевых добавок.

Соответственно должны быть определены более высокие требования к качеству биомассы червей при ее использовании в качестве биологической активной основы для получения протекторных, лечебных и косметических средств.

Полученный опыт в процессах отработки технологии воспроизводства вермикультуры в рамках биоконверсии отходов на кафедре охраны окружающей среды ПНИПУ позволил сформулировать следующие требования

218

к биомассе – потенциальному источнику белковосодержаших ценных элементов питания:

–протеазы биомассы вермикультуры должны обладать биостимулирующими свойствами, улучшающими усвояемость других компонентов питания, активизировать развитие мышечной ткани растущего организма, повышать активность физиологических и биохимических процессов;

–белковосодержащая биомасса вермикультуры должна быть инертной по реактогенности, аллергенному, иммунному, генетическому, мутагенному, общетоксическому, гериатрическому статусу;

–источником питательных субстратов для воспроизводства вермикультур

сцелью получения экологически чистого белка должна быть экологически чистая технология на основе природных веществ (растительные остатки, продукты подготовки и переработки пищевых продуктов и т.д.), способных к быстрой трансформации.

С учетом этих принципов на основе опыта биоконверсии отходов разработана и аппаратурно реализована технология получения экологически чистого биологически ценного белка, предназначенного для использования в качестве пищевых добавок. Полученные результаты исследований позволили определить требования к качеству исходного сырья для переработки вермикультурой, подобрать и адаптировать штаммы червей.

В случаях использования биомассы червей в качестве компонентов питания детей, проживающих на территориях с высокими экологическими нагрузками, целесообразно провести специальные исследования в следующих направлениях:

–определение дозовременной эффективности белковых добавок к детскому питанию в эксперименте и натурных условиях;

–хромато-масспектрометрическое исследование чистоты белковой массы;

–исследование сбалансированности аминокислотного и липидного состава биомассы;

–исследование возможности комбинации белковых питательных веществ биомассы вермикультуры с модулями протекторного или антитоксического действия экологических депрессантов.

Предварительные результаты исследований позволяют сделать выводы о возможности и целесообразности применения специально отработанной биомассы червей как добавки в детском лечебном питании.

Роль биомассы червей как концентратора микроэлементов может быть использована в тех случаях, когда в ряде геохимических провинций мало содержится определенных микроэлементов, а кормовые и пищевые рационы основаны на использовании местных продуктов питания, полученных в условиях дефицита этих микроэлементов [58].

219

Это открывает возможности целенаправленного формирования качества субстрата для вермикультивирования с целью получения биомассы заданного качества.

Нами была предпринята попытка получения большего выхода биомассы червей за счет обогащения бедного перерабатываемого корового субстрата с неблагоприятным соотношением С : N путем добавки упаренного концентрата сульфитных щелоков от варки древесины на ПЦБК, жидкого помета птицефабрики «Пермская», богатых азотсодержащими компонентами, а также отработанной эмульсией волочильного производства предприятия «Камкабель», содержащей подсолнечное масло и медь.

В результате вермикомпостирования был получен вермикомпост высокого качества с содержанием меди на уровне до 30 мг/кг (что является хорошим уровнем с содержанием меди для почв как биокатализатора) в пересчете на сухое вещество и увеличен выход бимассы червей, в три раза больший по сравнению с вермикомпостированием обычного корового субстрата.

При этом линейные размеры половозрелых особей червей были в 2–3 раза больше обычных, а масса достигала 2,4–3,2 г.

Этот опыт получения биомассы в заданных количествах может быть использован для планирования получения биомассы заданного качества при внесении в субстрат, используемый для вермикомпостирования, необходимых минеральных и иных добавок.

Как показали проведенные нами исследования, возможна организация расширенного производства экологически чистой и безопасной в санитарнотоксикологическом отношении биомассы червей на специально изготовленных субстратах органических отходов, таких, например, как навоз КРС, при условии использования животными кормового рациона, содержащего ЭХВ и другие опасные компоненты не выше предельно допустимых уровней, в качестве биологически активной основы для производства пищевых добавок и медицинских препаратов.

220