Методологические подходы к биологической утилизации отходов

Методологические подходы к биологической утилизации отходов

А.В. Филиппова, к.с-х.н, Оренбургский ГАУ

В настоящее время в систему статистических показателей окружающей среды входят подсистемы показателей, применяемые при изучении тех компонентов природной среды, для охраны которых требуется осуществление природоохранной деятельности в первую очередь. К ним относятся:

• показатели состояния, загрязнения и охраны атмосферы;

• показатели состояния, использования и охраны водных ресурсов;

• показатели состояния, использования и охраны земельных ресурсов;

• показатели состояния, использования и охраны лесных ресурсов;

• показатели состояния и охраны заповед-

ных территорий и лесных насаждений на территории;

• показатели охраны недр и рационального использования минеральных ресурсов.

Однако для практической защиты окружающей среды систему необходимо дополнить новыми показателями. Мы предлагаем включить:

• показатели потоков отходов антропогенной деятельности в природную среду.

Современное состояние природной среды напрямую зависит от складирования отходов, их влияния на среды. Данный вопрос назрел и требует разработки методов рационального использования вторичных сырьевых ресурсов и выбора вариантов оптимального их использования с целью защиты окружающей среды.

Анализ хозяйственной деятельности Оренбургской области показывает высокую степень накопления отходов. Область, территория которой 124,0 тыс. км2, охватывает юго-восточную окраину Русской равнины, южную оконечность Урала и южное Зауралье. Область подразделяется на 35 административных районов, в которых развиты электроэнергетика, машиностроение, топливная, черная и цветная металлургия, химическая и нефтехимическая, сельскохозяйственная отрасли. Причем, сельскохозяйственная отрасль является ведущей.

В области 10,4 млн га сельхозугодий, более 600 сельхозпредприятий и 7269 крестьянских фермерских хозяйств. Поэтому проблема сельскохозяйственных отходов и их утилизации исключительно важна. По нашему мнению, термин «отходы» применительно к продуктам, представляющим интерес в качестве сырьевых материалов, не корректен. В термине «отходы» не акцентируются свойства массообмена, особенно это касается отходов животноводства и растениеводства. Однако, следуя стандартизированным определениям, далее по тексту мы будем применять термин «отход».

Анализ статистических данных последней сельскохозяйственной переписи показывает, что идет неуклонное уменьшение поголовья скота. Несмотря на это, выход навоза в среднем по области имеет величину, превышающую все остальные сельскохозяйственные отходы. Учет количества поголовья крупного рогатого скота и выход навоза от всех категорий хозяйств по районам Оренбургской области за 2000—2005 гг. показывает, что ежегодный выход навоза только от КРС превышал 2,0 млн т и за последние 6 лет составил 14,3 млн т. Если учесть, что в области имеется 278,5 тыс. голов свиней, 243,0 тыс. голов овец и коз, 496,0 тыс. голов птицы, то выход навоза увеличивается до 20 млн т (за последние 6 лет).

,

где Мср — средний выход навоза;

N — поголовье животных;

Yср — средний выход навоза на 1 особь в год; Мн — масса накопленного навоза за предыдущие года.

Теоретический подход к расчету выхода навоза позволяет прогнозировать, что в 2010 году этот показатель составит 22,337.106 тонн по области.

Для проведения биологической утилизации и создания высокогумусных удобрений на основе навоза можно применять метод вермикомпос-тирования. Учет накопившихся отходов по районам области позволяет выявить наиболее благоприятные территории для создания цехов по вермикомпостированию.

К таким территориям можно отнести Адамов-ский, Саракташский, Ташлинский районы, где последние два года идет неуклонное повышение количества скота. А также Бугурусланский, Илекский, Оренбургский, Кваркенский районы, где поголовье уменьшилось незначительно. Такие запасы органической массы несут огромный потенциал свободной биогенной энергии. Их активное использование увеличит количество биосинтетических процессов в почве, в результате которых возможно будет регулировать взаимодействие малого биологического круговорота с большим геологическим в условиях антропогенной нагрузки.

Кроме того, данная органическая масса позволяет выстраивать деструктивное звено из организмов разных трофических уровней, увеличивая биологический ресурс почвы. Подвергая разрушению органику, почвенные организмы не только переводят в доступную форму элементы и энергию, но и предохраняют ландшафты от самозагрязнения и гибели.

Для регулирования процесса вермикомпости-рования и выработки стратегии создания жизнеобеспечивающих условий для червей в отходах важно знать качественные показатели субстратов. Проведенный анализ ряда животноводческих отходов показывает некоторые отличия по районам Оренбургской области. Формируется определенная специфика кормов, от которых напрямую зависит химический состав навоза.

Как потенциал для переработки методом вер-микомпостирования нам подходят все виды животноводческих отходов. Но выбор технологий вермикомпостирования безусловно привязан и к составу, и к местным климатическим условиям. Все проанализированные животноводческие отходы имеют необходимое для успешной работы червей стартовое содержание азота, фосфора и калия.

В Саракташском районе отмечалось наибольшее количество калия. В Кувандыкском районе преобладает азот. Навоз, взятый для исследования в Адамовском районе, имел наибольший показатель по сумме NPK. Качество нативных

1. Химический анализ ряда животноводческих отходов

животноводческих отходов, как правило, не отвечает агротехническим и экологическим требованиям: из-за их неудовлетворительных физических свойств, наличия вредных организмов, жизнеспособных семян сорняков, неприятного запаха.

Подход к утилизации отходов с помощью организмов редуцентов, в первую очередь заключается в том, чтобы найти природный аналог и воспроизвести его в условиях искусственного регулирования. Любой организм обитает в определенной среде. Под средой мы предлагаем понимать все то, что не является объектом и может быть подвергнуто воздействию со стороны объекта. Отход следует трактовать как среду обитания.

р едуцент отход

внешние

условия

Отход, в биологической утилизации, находится между влиянием редуцента и внешних условий. Чем больше организмов интродуцируется в нем, тем активнее деструкция вещества. Чем благоприятнее внешние условия, тем быстрее проходит процесс.

Среда претерпевает значительные изменения. Элементы объекта, с помощью которых осуществляется воздействие на среду, мы назовем эффекторами. Измененный отход получает новые свойства.

При выборе биологических объектов для процесса утилизации необходимо оценить степень адаптационных возможностей к новым условиям. В качестве показателей можно использовать количество выживших особей, время до начала размножения, скорость переработки субстрата. Для полной характеристики объектов возможна оценка информационной природы, к которой мы предлагаем отнести чувствительность рецепторов. Чем выше чувствительность организма, тем быстрее срабатывают адаптационные механизмы.

Всякий объект характеризуется рядом параметров, назовем их «состояния объекта», а также скоростью изменения их. Так, калифорнийский гибрид можно характеризовать массой тела, передвижением в субстрате, активностью выброса копролитов. Эти параметры меняются в процессе изменения свойств среды. Если мы обозначим эти параметры в некоторый момент времени, то состояние объекта можно выразить множеством

},

где S — состояние объекта;

Р — значение параметра; і — номер параметра;

Ї — время.

Чем большее количество состояний объекта мы отметим, тем легче будет регулировать процесс утилизации. Кроме того, при использовании организмов-редуцентов влияние на среду происходит тем быстрее, чем большее число особей принимает участие в деструкции. Для этого необходимо рассчитать популяционные характеристики I уровня (численность, плотность, рождаемость, смертность, миграционная активность, темп роста). Для расчета оптимальной плотности заселения отходов необходимо внести дополни-

тельные показатели к стандартной формуле удельной плотности популяции:

Руд=Ы/з(у),

где Руд — количество особей на единицу площади или объема;

N — общее количество особей;

£(у) — занимаемая популяцией площадь (объем).

п=рср 8(у)/т,

где п — численность популяции;

£(у) — занимаемая популяцией площадь (объем);

Ш — показатели витальности среды.

Для ускорения деструкции органосодержащих отходов плотность популяции — весьма значимый фактор. Отход, который мы предполагаем для биологической утилизации, корректнее назвать субстратом. Для природных деструкторов субстрат имеет двойное значение. Это пища и среда, в которой они обитают, осуществляя все жизненные функции.

Следует отметить, что для осуществления нужного поведения используемых объектов необходимы побудительные причины. Мы их можем создать в зависимости от подхода. Например, при утилизации органосодержащих отходов с помощью вермикулыуры к плотности посадки можно подойти с позиции вермикультивирова-ния, и тогда мы создаем наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности червей красного калифорнийского гибрида в плане условий для размножения. А можно подходить с позиции вер-микомпостирования, и тогда основное значение имеет или скорость переработки субстрата, или качественный состав вермикомпоста.

Свойства вермикомпоста мы можем задать путем подбора компонентов, смеси отходов, заселения определенной плотностью популяции и созданием определенных дополнительных условий. Отход трансформируется в удобрение с заданными свойствами.

Создание условий, благоприятных для жизни биологических объектов, и интегрирование отхода в почву — основной принцип биологической утилизации. Такой прагматический подход к реутилизации отходов возможен при целенаправленном воздействии на обязательные параметры функционирования системы «отход — объект — почва — растение».

Моделирование необходимых нам свойств органических удобрений, произведенных из отходов, поможет решать производственные задачи по созданию стабильных агроценозов с элементами природоулучшающего подхода к эксплуатации агроэкосистем. Этот подход направлен на расширенное воспроизводство, повышение уровня естественного плодородия и увеличение биологической продуктивности. Предложенная нами модель реутилизации отходов позволит соблюдать первейшие принципы при формировании агроландшафтов: устойчивость, надежность и резервирование.

Литература

1. Ишин, А.Г. Оптимальные параметры вермикультивирова-ния. [Текст] / А.Г. Ишин, И.Г. Джерих, В.А. Мухин // Меж-дунар. науч.-техн. конф. «Биотех-95»: Тез.докл. — Днепропетровск. — 1995. — С. 48.

2. Асмаев, М.П. Кинетическая модель процесса получения биогумуса с использованием вермикультуры. [Текст] / М.П. Асмаев, Д.Л. Пиотровский // Изв.вузов. пищетех-нология. - 1997. - № 2-3. - С. 84.

3. Yanos, К. A Kornyezetbarat (Использование дождевых червей в целях решения природоохранных проблем. Венгрия). [Text] / Yanos К., Attila R., Yozsef К. // Magyar Mezogazd. -1989. - T. 44. - N 2. - P. 5.