Зоологические методы компостирования отходов

Использование биологических агентов для получения необходимых человеку продуктов - биотехнология - в центре внимания современной биологии, и, пожалуй, нет сейчас такой области биологической науки, которая не могла бы внести свой вклад в ее развитие. Этим своим положением биотехнология обязана прежде всего той роли, которую она во всевозрастающей степени играет в решении крупных задач народного хозяйства и медицины. В наш век, в условиях урбанизации и интенсификации потребления растительных ресурсов, одной из таких задач становится рациональное использование органических отходов как городского хозяйства (городской мусор, сточные воды), так и сельского (особенно навоз крупных свиноферм), ежегодные количества которых весьма внушительны.

Обезвреживание и утилизация этих отходов важны и с точки зрения такой остро стоящей ныне проблемы, как охрана окружающей среды.

Компостирование органических отходов основано на использовании совокупной деятельности различных групп микроорганизмов и беспозвоночных животных. Для компостирования отходы закладываются в бурты, где создается благоприятный для полезных организмов режим температуры и влажности. Чем труднее разлагается компостируемый субстрат или чем быстрее он слеживается по мере разложения, тем больше должно быть отношение соприкасающейся с открытым воздухом поверхности бурта с его объемом. Приняты обычно бурты размером около 3 метров в ширину и около 1,5 метра в высоту (длина зависит от размеров доступной для компостирования площади и количества вещества).

Навоз, отстой канализационных вод, городской органический мусор, навозная жижа и т. п. - все это быстро разлагающиеся субстраты, а добавляемые к ним медленно разлагающиеся вещества (торф, измельченная кора - отход деревообрабатывающей или целлюлозной промышленности и т. п.) служат адсорбентами первичных и вторичных продуктов разложения. Иногда в качестве адсорбента к компосту добавляют почву. Для поддержания требуемого режима компостирования бурты время от времени ворошат (для аэрации), иногда прогоняют через них воздух, а для увлажнения поливают водой или навозной жижей.

В процессе компостирования в буртах сперва происходит разрушение легко усваиваемых соединений - Сахаров, полисахаридов, затем белков и гемицеллюлоз, медленнее всего разлагаются лигнин, дубильные вещества и т. п. Разложение сопровождается синтезом комплекса гумусовых соединений. В результате масса органического вещества уменьшается, компост обогащается азотом, гумусом, возрастает его зольность. Меняется и структура органических осадков: они размельчаются, и из них, в основном в результате деятельности беспозвоночных, образуются зернистые агрегаты.

В начале компостирования при окислении микроорганизмами легко доступного углерода внутри бурта в течение нескольких дней быстро возрастает температура (например, в буртах из городских отбросов - до 70 градусов Цельсия), которая затем, по мере использования соединений, легко усваиваемых микрофлорой, постепенно снижается. В это время деятельность животных внутри бурта исключена - там происходит естественная пастеризация субстрата; беспозвоночные могут заселять только самый поверхностный слой компоста.

На первых этапах компостирования в бурты проникают мелкие беспозвоночные, для которых исходный перерабатываемый материал представляет подходящую среду обитания. Это способные к полету насекомые, в основном двукрылые и жуки, переносимые ими нематоды или клещи и др. По мере понижения температуры внутри бурта до 20-25 градусов в него проникают многие мелкие членистоногие (панцирные клещи и коллемболы), мелкие кольчатые черви - энхитреиды и более крупные дождевые навозные черви эйсения фетида. Эти черви месяца через два изрешечивают своими ходами весь бурт до самого основания, способствуя проникновению по ним мелких форм. При весенней закладке компостов осенью в них появляются и типично почвенные сапрофаги. Их деятельность завершает "созревание" компоста, основным компонентом которого становятся экскременты беспозвоночных.

Особое значение в переработке компостов имеют навозные дождевые черви эйсения фетида. Этот вид распространен в наших южных широколиственных лесах, где он развивается в гниющей древесине или в скоплениях опавших листьев. Однако, следуя за человеком, он становится обычным в разных скоплениях гниющих растительных остатков антропогенного характера. В естественно разлагающемся навозе и в компостах численность этого червя может достигать огромных масштабов: около 3000 червей на 1 квадратный метр бурта, до 6500 в слое 10 сантиметров. Биомасса этих червей при 500 особях в 1 литре компоста достигает 68 килограммов на 1 квадратный метр субстрата; все вещество компоста проходит через их кишечник, так что в конце компостирования органические остатки приобретают зернистую структуру и состоят из копролитов - экскрементов червей.

По расчетам О. Граффа в ФРГ, разложение компостируемых веществ и "созревание" компоста (переход в состояние, оптимальное для удобрения) совершаются при заселении червями в 14 раз быстрее, чем без них. Черви эйсения фетида способны к переработке и превращению в хорошее удобрение таких органических отбросов, как анаэробный ил канализационных вод, свиная навозная жижа и т. д. Такие отбросы в результате их переработки этими червями утрачивают дурной запах, освобождаются от вредной микрофлоры, приобретают агрономически ценную зернистую структуру, утрачивают токсичность для корней растений.

В США несколько компаний занимаются выращиванием и коммерческой реализацией дождевых червей и продажей их экскрементов, представляющих собой ценное органическое удобрение. Осадок сточных вод (после аэробной либо анаэробной ферментации) высушивают, а затем брикетируют, складывают штабелями, заселяют дождевыми червями (1500 граммов на 0,125 кубометра осадка) и выдерживают при 30-35-процентной влажности в течение четырех месяцев. В Калифорнии количество осадка, потребляемого за сутки червями, равно 40 процентам их веса.

По окончании "работы" червей всю массу компоста пропускают через цилиндрическое вращающееся сито. Большая часть остающихся в роторе червей скапливается в одном его конце, их употребляют для заселения следующих партий компоста, а прошедшие сито копролиты представляют коммерчески ценное удобрение без неприятного запаха, не самонагревающееся при хранении, не токсичное для растений.

Предприятие в Каламазу (штат Мичиган) пропагандирует для сельских местностей компостирование кухонных отбросов с помощью дождевых червей в кустарных условиях - в ящиках, ведрах и т. п.

В Финляндии разработана схема компостирования осадка сточных вод в смеси с отходами коры, получаемыми на деревообрабатывающих и целлюлозных предприятиях.

На Филиппинах организован центр по "вермикультуре", то есть по разведению дождевых червей, который объединяет свыше 1000 предпринимателей, выращивающих этих червей не только как производителей компостного удобрения, но и как источник белков и жира (55 процентов белка и 13 процентов жира от сухой массы червей) для использования в рыбном хозяйстве, в качестве заменителя рыбной муки в животноводстве.

Совершенно ясно, что наступило время широко использовать "вермикомпостирование" в практике переработки органических отходов.

У нас во Всесоюзном институте животноводства разрабатывается и другое направление - использование животных в переработке органических отходов, в частности свиного навоза. Для этого используются личинки комнатной мухи. Навоз слоем около 20-30 сантиметров помещают на решетчатое основание, его заселяют личинками специально разводимых мух. По мере созревания готовые окуклиться личинки мигрируют вниз, проваливаются сквозь решетку, и их собирают со специально подставляемых листов. Собранные личинки после запаривания представляют собой ценный источник белковой пищи для свиней и домашней птицы, а получаемый компост - удобрение, обладающее противонематодным действием в теплицах.