Подбор соотношения микробных компонентов для ускорения биоразложения птичьего помета

Промышленное птицеводство является важнейшей отраслью сельского хозяйства как в Российской Федерации, так и в мире в целом. В последние года данная отрасль активно развивается, и в её структуру внедряются инновационные технологии повышающие рентабельность производства. Это всё связано с высоким уровнем потребления птицеводческой продукции, которое ежегодно продолжает расти, что говорит о перспективности всей отрасли птицеводства как минимум на ближайшие годы [9, 10, 12].

На сегодняшний день мелкие фермерские хозяйства и крупные птицеводческие предприятия испытывают большие проблемы связанные с вопросом хранения, транспортировки, переработки и использования птичьего помета из-за его длительного срока естественного биоразложения. Проблема утилизации побочной продукции птицеводства, в частности птичьего помета актуальна, так как для его хранения используется значительное количество пахотных земель, при этом пометохранилища являются источником зловонного запаха, распространяющегося на значительные территории, что вызывает отрицательную реакцию людей близлежащих населенных пунктов, а также санэпидемстанции. В этой связи, Министерством природных ресурсов Российской Федерации в 2002 году был утвержден «Федеральный классификационный каталог отходов», в который был включен куриный помет с отнесением его к третьему и четвертому классам опасности. С учетом постановления правительства России № 344 в 2003 году за размещение отхода третьего класса (в частности птичьего помета) были введены штрафные санкции, что привело к значительным потерям финансовых средств птицеводческих хозяйств [1, 11].

Таким образом, вопрос переработки побочной продукции птицеводства, в частности птичьего помета, остается до сих пор открытым, а поиск средств его утилизации и дальнейшего применения в качестве органического биоудобрений с высокой биологической активностью является актуальным и перспективным.

Целью исследований является оптимальный подбор соотношения протеолитической культуры рода Pseudomonas и штамма, обладающего свойствами фиксировать атмосферный азот рода Azotobacter для ускорения процесса биоразложения куриного помета до показателей соответствующих нормативной документации.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Кубанского научного фонда и Организации в рамках научного проекта МФИ-П-20.1-43/20 от 07.12.2020 г.

Материал и методы исследований. Научно-исследовательская работа осуществлялась в лабораториях кафедр биотехнологии, биохимии и биофизики, а также паразитологии, ветсанэкспертизы и зоогигиены. Дополнительные физикохимические и санитарнобактериологические исследования осуществлялись на базе НИИ Прикладной и экспериментальной экологии, являющиеся структурными подразделениями ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ.

Микробным объектом исследований являлись штаммовые культуры Pseudomonas putida 90 биовар А (171) и Azotobacter chroococcum 31/8 R, ДНК последовательности которых были депонированы в Национальный центр биотехнологической информации США (NCBI) под номерами Pseudomonas putida AA (MZ411409.1) и Azotobacter chroococcum KA (MZ411408.1).

Объектом, на который было направлено действие исследуемых микробных культур, являлся куриный нативый помет.

Эксперимент длился в течении 15-и суток с изучением ряда показателей, характеризующих процесс биотрансформации помета кур. При проведении экспериментов в курином помете, обработанном исследуемыми микроорганизмами, анализировали общее микробное число (ОМЧ), путем высевов на мясопептонный агар, содержание аммонийного азота [6], количество жизнеспособных личинок мух по МУ 3.5.2.1759-03 [4], гельминтологическое обсеменение птичьего помета согласно МУК 4.2.796-99 [5]. Проводили изучение содержания в атмосферном воздухе над опытными партиями помета уровня аммиачного азота с помощью универсального газоанализатора УГ-2. Результаты санитарно-биологических исследований помета оценивали согласно ГОСТ 31461-2012 [2]. Проводили расчет класса опасности побочной продукции птицеводства согласно СП 2.1.7.1386-03 [8] и с учетом «Критериев отнесения отходов к I-V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду» [3].

Результат исследований.

Обработку куриного помета осуществляли активными формами микробных культур согласно разработанным схемам, путем их совместного смешивания и внесения в побочный продукт птицеводства с обязательным перемешиванием, так как штаммы являются представителями аэробов. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Влияние соотношения микробных штаммов Pseudomonas putida 90 биовар А (171) и Azotobacter chroococcum 31/8 R на эффективность биодеструкции куриного помета и его санитарно-биологические показатели

Соотношение культур Ps*. : Az.**	Изучаемые показатели
	о kJ И О s s		1 у 2 о		1в H о kJ F kJ S s s <		И К		со К		S				о X о В ® Й ст “Мп м м - К u X S _ о = 5 к у о &		х" о
	Время исследований, сутки
	0	15	0	15	0	15	0	15	0	15	0	15	0	15	0	15	0	15
1 : 1	278	97	10 5	10 11	84	13	4	1	5	2	2	-	8	-	-	-	2	-
1 : 2	278	114	10 5	1010	84	14	4	3	5	3	2	-	8	5	-	-	2	-
1 : 3	278	125	10 5	10 10	84	13	4	3	5	3	2	-	8	5	-	-	2	-
2 : 1	278	104	10 5	10 10	84	21	4	2	5	3	2	-	8	3	-	-	2	-
3 : 1	278	100	10 5	1010	84	26	4	2	5	2	2	-	8	2	-	-	2	-
Помет без обработки	278	276	10 5	10 5	84	84	4	4	5	5	2	2	8	8	-	-	2	2

* - Pseudomonasputida 90 биовар А (171); ** - Azotobacter chroococcum 31/8 R

Данные влияния совместного использования микробных штаммов Pseudomonas putida 90 биовар А (171) и

Azotobacter chroococcum 31/8 R на эффективность биодеструкции куриного помета и его санитарно-биологические показатели продемонстрировали, что более оптимальный и стабильный результат был выявлен при обработке куриного помета культурами микроорганизмов в соотношением 1:1. Предлагаемый технологический прием позволяет в течение 15-и суток снизить уровень аммонийного азота в помете с 278 мг/л до 97 мг/л, содержание аммиака в окружающей среде с 84 мг/м3 до 13 мг/м3, индекс бактерий группы кишечных палочек с 4 до 1 ед, индекс энтерококков с 5 до 2 ед, индекс патогенных микроорганизмов (Salmonella, Staphylococcus) с 2 до 0 ед, количество яйц и личинок гельминтов, преимущественно кокцидий, с 8 до 0 экземпляров, количество личинок синантропных мух с 2 до 0 экземпляров при одновременном повышение общего микробного числа до значения не менее 1011 кл/г. Независимо от внесения микробной суспензии в куриный помет цисты кишечных патогенных простейших в экспериментальных партиях куриного помета не зафиксированы.

Куриный помет, не обработанный исследуемыми микробными культурами, существенных изменений в течение срока эксперимента по изучаемым показателям не приобрел.

В соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов, утвержденным приказом Федеральной службы по надзору в сфере природопользования от 22.05.2017 № 242 помет куриный свежий (код 11271101333) относится к III классу опасности. Чтобы его можно было использовать в качестве сырья для органического удобрения он должен быть как минимум IV класса опасности и

К i = С i / W i

где C i – концентрация компонента отхода, мг/кг; W i – коэффициент степени опасности компонента отхода для окружающей природной среды.

Коэффициент степени опасности компонента отхода для окружающей природной среды устанавливался с учетом критериев [3] Вода, азот аммонийный, кальций, калий, магний, сера, натрий, соответствовать санитарно-биологическим и физико-химическим показателям согласно ГОСТ 31461-2012 [2]. Чтобы в естественных условиях соответствовать IV классу опасности куриный помет должен пролежать в пометохранилищах как минимум 1-1,5 года, таким образом, он перейдет в стадию перепревшего помета, который в ФККО идет под кодом 11271102294 и соответственно будет отнесен к отходу IV класса опасности. С учетом данной информации важным было определить класс опасности куриного помета обработанного совместной микробной композицией и без обработки, а также соответствие его требованиям ГОСТ 31461-2012. Для определения класса опасности побочного продукта птицеводства применялся расчетный метод определения класса опасности токсичных отходов производства и потребления согласно СП 2.1.7.1386-03 [8] с учетом данных «Критерии отнесения отходов к I-V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду» [3].

Расчет класса опасности побочной продукции птицеводства осуществляли по степени опасности основных компонентов отхода (вода, азот аммонийный, кальций, калий, магний, сера, натрий, фосфор, механические примеси, железо, медь, цинк, марганец, свинец, кадмий, мышьяк, никель) для окружающей природной среды, предварительно изучив их содержание в курином помете. Показатель степени опасности компонента куриного помета для окружающей природной среды (Кi) рассчитывали по формуле (1):

фосфор и механические примеси являются компонентами природного происхождения, относятся к практически неопасным компонентам отходов с относительным параметром опасности компонента отхода для окружающей среды (X i ), равным 4, и, следовательно, коэффициентом степени опасности компонента отхода для окружающей среды (W i ), равным 10⁶.

Коэффициент степени опасности железа устанавливался с учетом приложения 2 и составил 5370,32, а коэффициенты степени опасности меди, цинка, марганца, свинца, кадмия, мышьяка и никеля устанавливались с учетом данных приложения 4, и соответственно составили 2840,10 (медь), 2511,89 (цинк), 7356,42

(марганец), 650,63 (свинец), 309,03 (кадмий), 493,55 (мышьяк) и 1536,97 (никель) [3]. Общий показатель степени опасности куриного помета (К i ) для окружающей природной среды рассчитывали по сумме показателей степени опасности отдельных компонентов отхода производства по формуле (2):

К i = К 1 + К 2 +…+ К m

где K1, K2, ... Km – показатели      опасности расчетным методом по степени опасности отдельных компонентов      показателю степени опасности отхода для отхода для окружающей среды; m -     окружающей     природной     среды количество компонентов отхода.               осуществлялся в соответствии с

Отнесение куриного помета к классу      приложением 1 [3].

Таблица 2  – Физико-химические и санитарно-биологические показатели экспериментального помета согласно требованию, ГОСТ 31461-2012

Показатель	Вид помета		Требования согласно ГОСТ 31461-2012
	Помет птичий от взрослого поголовья (ПВ)
	без обработки	обработанный
Физико-химические показатели
Консистенция (фазовое состояние), визуальный осмотр	Вязкое	Вязкое	Вязкое
Массовая доля влаги, г/кг	683	729	не более 750
Массовая доля органического вещества, г/кг	186	204	не менее 180
Массовая доля золы, г/кг	94	118	не менее 70
рН KCI	7,1	7,3	6,8 - 8,0
Азот общий, г/кг	17	23	не менее 20
Фосфор общий, г/кг	9	6	не более 7
Калий общий, г/кг	4	3	не более 3
Свинец, мг/кг сухого вещества	10,4	5,8	не более 130*
Мышьяк, мг/кг сухого вещества	13,4	8,6	не более 10*
Медь, мг/кг сухого вещества	149,0	98,8	не более 132*
Кадмий, мг/кг сухого вещества	0,64	0,49	не более 2*
Никель, мг/кг сухого вещества	30,5	18,2	не более 80*
Цинк, мг/кг сухого вещества	327,0	178,0	не более 220*
Санитарно-биологические показатели
Индекс БГКП	4	1	3
Индекс энтерококков	5	2	3
Индекс патогенных микроорганизмов	2	Отсутствуют	Отсутствуют
Яйца и личинки гельминтов (экз./г)	8	Отсутствуют	Отсутствуют
Цисты кишечных патогенных простейших (экз./100 г)	Отсутствуют	Отсутствуют	Отсутствуют

* - Согласно СанПиН 1.2.3685-21 [7].

Расчетным методом установлено, что показатель степени опасности не обработанного микробной композицией куриного помета составил 17,63, что относится к IV классу опасности (малоопасные). Однако, в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов, утвержденным приказом Федеральной службы по надзору в сфере природопользования от 22.05.2017 № 242 данный вид куриного помет классифицируется как свежий и имеет принадлежность к III классу опасности. Принимая во внимание нормативно-утвержденный наиболее высокий класс опасности, данный вид отхода подлежит отнесению к III классу опасности (умеренно опасные). Показатель степени опасности обработанного микробными культурами Pseudomonas putida 90 биовар А (171) и Azotobacter chroococcum 31/8 R куриного помета был ниже, чем у не обработанного и составил 8,97, что относится к V классу опасности (безопасные), однако, так же, принимая во внимание нормативно-утвержденный наиболее высокий класс опасности, данный вид отхода подлежит отнесению к IV классу опасности (малоопасные).

Следующим этапом исследований являлось определение соответствия экспериментальных партий бесподстилочного куриного помета физико-химическим и санитарнобиологическим требованиям согласно ГОСТ 31461-2012. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Установлено, что куриный помет обработанный исследуемыми культурами полностью соответствовал требованиям ГОСТ 31461-2012, в то время как помет без обработки по ряду показателей превышал или занижал требования стандарта. Так же следует обратить внимание, что внесение микробной композиции в куриный помет способствовало снижению уровня всех ксенобиотиков по сравнению с не обработанным пометом, при этом значение анализируемых тяжелых металлов было ниже уровня ПДК согласно СанПиН 1.2.3685-21.

Заключение. Микробные культуры Pseudomonas putida 90 биовар А (171) и Azotobacter chroococcum 31/8 R способны участвовать в процессе биодеструкции птичьего помета. Внесение заявленной микробной композиции в куриный помет согласно разработанным условиям позволяет в течение 15-и суток снизить показатель опасности куриного помета с III до IV класса (малоопасный). Обработанный отход птицеводства согласно физико-химическим и санитарнобиологическим показателям полностью соответствует требованиям стандарта для применения его в качестве сырья при производстве органических удобрений с высокой биологической активностью.

Бюллетень нормативных и методических документов Госсанэпиднадзора, 2004. – 64 с.

Минздрав России, 2000. – 68 с.

Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. Введ. 2021-01-28. – Москва,

Резюме

Целью работы стало подбор оптимального соотношения Pseudomonas putida 90 биовар А (171) и штамма, обладающего свойствами фиксировать атмосферный азот - Azotobacter chroococcum 31/8 R для ускорения процесса биодеструкции куриного помета до показателей соответствующих нормативной документации. В проведенных исследованиях были проанализированы следующие показатели: содержание аммонийного азота, общее микробное число, аммиачный азот, индекс бактерий группы кишечных палочек, индекс энтерококков и патогенных микроорганизмов, яйца и личинки гельминтов, а также расчетным методом определялся класс опасности обработанного и необработанного куриного помета. В результате проведённых физико-химических и санитарно-биологических аисследований установлено, что более оптимальный и стабильный результат был выявлен при обработке куриного помета исследуемыми культурами в соотношением 1 : 1. Данная обработка помета культурами способствовала в течение 15-и суток снижению уровня аммонийного азота в побочном продукте с 278 мг/л до 97 мг/л, содержания аммиака в окружающей среде с 84 мг/м3 до 13 мг/м3, индекса бактерий группы кишечных палочек с 4 до 1 ед, индекса энтерококков с 5 до 2 ед, индекса патогенных микроорганизмов с 2 до 0 ед, количества яйц и личинок гельминтов с 8 до 0 экземпляров, количества личинок синантропных мух с 2 до 0 экземпляров при одновременном повышение общего микробного числа до значения не менее 1011кл/г. Класс опасности куриного помета обработанного микробными объектами снизился с III до IV и соответствовал требованиям ГОСТ 31461-2012.