Содержание к диссертации
Введение
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1 і
2.1. Органические отходы животноводства и их влияние на окружающую природную среду и ветеринарное состояние 11
2.2. Анализ современных технологических способов переработки и утилизации навоза и их ветеринарно-санитарная оценка 25
2.2.1. Компостирование навоза — один из биотехнологических способов переработки органических отходов животноводства 35
3. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 44
3.1. Материалы, место проведения, , методы исследования 44
3.2. Изучение процессов формирования технологических параметров компостной смеси (температуры и рН) при ускоренном компостировании навоза в биореакторе 59
3.3. Определение характера изменения температурных показателей в биоферментёре при ускоренном компостировании навоза в зависимости от степени аэрации компостной смеси 64
3.4. Изучение продолжительности выживаемости индикаторной санитарно-показательной и патогенной микрофлоры в навозе при его активном компостировании в биоферментере 64
3.5. Изучение возможности использования активных термофильных микроорганизмов для ускорения процессов обеззараживания навоза при аэробной его ферментации в биореакторе 82
3.6. Разработка ветеринарно-санитарных требований и режимов по обеззараживанию навоза крупного рогатого скота при активном способе его компостирования в биореакторе 85
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 89
5. ВЫВОДЫ 109
6. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРАКТИКИ 112
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 113 ПРИЛОЖЕНИЕ 130
- Органические отходы животноводства и их влияние на окружающую природную среду и ветеринарное состояние
- Анализ современных технологических способов переработки и утилизации навоза и их ветеринарно-санитарная оценка
- Материалы, место проведения, , методы исследования
Введение к работе
Современные организационно-экономические принципы получения продуктов животноводства предусматривают использование технологий на основе различных форм собственности в аграрном секторе.
Дальнейшее развитие отечественного животноводства тесно связано с . применением новых прогрессивных технологических процессов производства и успешное её осуществление возможно при гармоничном (комплексном) решении ряда производственных вопросов, связанных с созданием оптимальных зоогигиенических условий (кормление, содержание и уход за сельскохозяйственными животными) и задач по эффективному использованию отходов производства, обеспечивающих охрану окружающей природной среды и ветеринарную защиту предприятий.
В настоящее время при многоукладном сельскохозяйственном производстве неблагоприятными факторами воздействия на окружающую природную среду и ветеринарное благополучие являются отходы животноводческих предприятий, и в частности навоз.
Навоз относится к категории нестабильных органических загрязнений, в составе которых присутствуют энтеропатогенные микроорганизмы: сальмонеллы, эшерихии, а при нарушениях противоэпизоотического режима на фермах могут выделяться возбудители туберкулеза, бруцеллеза, лептоспиро-за и других инфекционных заболеваний, опасных не только для сельскохозяйственных животных, но и для человека. (Н.П. Вашкулат, Е.И. Гончарук, Я.И. Костовецкий, 1985).
Практика работы животноводческих ферм свидетельствует, что при высокой степени загрязнения органическими отходами территорий ферм и окружающей местности невозможно проведение эффективных противоэпизо-отических мероприятий и добиться полной реализации продуктивного и генетического потенциала сельскохозяйственных животных (Z. Kovac, 1982; Ц. Цачев, А. Ценова, 1977; И. Данчев, 1977).
Вместе с тем необходимо учитывать, что органические отходы (навоз) являются неотъемлемой частью технологического процесса получения продукции на животноводческих фермах. Традиционно в мировой и отечественной практике сельскохозяйственного производства все виды навоза используются для органического удобрения земельных угодий, повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Органические удобрения являются важнейшим звеном в круговороте и балансе элементов минерального питания и органического вещества в земледелии (В.Д. Баранников, 1985; В.Д. Фокина, 1980; Ю.П. Фомичев, 2000; Н.Г. Ковалев, 2002).
Безопасное и эффективное применение навоза в качестве органического удобрения в практике сельского хозяйства возможно при отсутствии в нем патогенных микроорганизмов, возбудителей инфекционных заболеваний [ГОСТ 20432-82 «Удобрения. Термины и определения»; Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета (НТП 17-99)].
В настоящее время требованиями действующих нормативных документов запрещено применение в земледелии бесподстилочного навоза, поступающего с животноводческих ферм. Органические отходы (навоз) должны использоваться только в виде компостов и после соответствующей переработки.
Технологический процесс компостирования навоза осуществляется пассивным и активным способами.
При пассивном (традиционным) способе технологический процесс компостирования, как правило, осуществляют в естественных условиях в буртах на прифермских и полевых площадках при продолжительности компостирования в течение 2-3 месяцев при положительной температуре окружающего воздуха. Как показала практика, процесс традиционного компостирования находится в прямой зависимости от природно-климатических условий, как правило, мало механизирован и экологически небезупречен.
В связи с этим в последние годы у нас в стране и за рубежом активно ведутся поиски и разработки по созданию технологических решений ускоренного компостирования.
Ускоренный способ компостирования осуществляется в специальных ферментерах (реакторах) различной формы и конструктивного исполнения и протекает в искусственно создаваемых условиях при аэрации компостной . смеси путем принудительной подачи воздуха.
Наибольшее распространение получила технология ускоренного компостирования навоза в периодическом режиме, осуществляемая в ферментерах различного конструктивного исполнения.
В процессе переработки навоза при активной его ферментации в биореакторе происходит интенсивное разложение органической массы и в конеч- ном итоге получается высокоэффективное органическое удобрение.
Вместе с тем, как показала практика переработки навоза, важнейшим в современных условиях является не только изучение технологии ускоренного компостирования органических отходов животноводства как биологического процесса разложения органической массы, но и как возможного эффективного биотехнологического способа их обеззараживания от патогенной микро-" флоры для получения экологически безопасных органических удобрений и охраны окружающей среды.
В связи с вышеизложенным проведение ветеринарно-санитарной оценки технологии ускоренного компостирования навоза и разработка ветеринарно-санитарных требований и режимов по его обеззараживанию является актуальной задачей в области ветеринарной санитарии и экологии, направленной ' на совершенствование современных биотехнологических способов переработки отходов животноводства и получение органических удобрений безопасных для окружающей природной среды, имеющей важное народнохозяйственное и социальное значение.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилась вете- ринарно-санитарная оценка технологии ускоренного компостирования навоза крупного рогатого скота и разработка ветеринарно-санитарных требований и режимов по его обеззараживанию.
Для достижения цели поставлены следующие задачи: изучить процессы формирования технологических параметров компостной смеси (температуры и рН) при ускоренном компостировании навоза в биореакторе; определить характер изменения температурных показателей в биореакторе при ускоренном компостировании навоза в зависимости от степени аэрации; изучить продолжительность выживаемости индикаторной санитарно-показательной и патогенной микрофлоры в навозе при его активном компостировании в биоферментере; изучить возможность использования активных термофильных микроорганизмов для ускорения процессов обеззараживания навоза при аэробной его ферментации в биореакторе; разработать ветеринарно-санитарные требования и режимы по обеззараживанию навоза крупного рогатого скота при активном способе его компостирования в биоферментере.
Научно-исследовательская работа выполнена в рамках реализации Программы фундаментальных и прикладных исследований по научному обеспечению АПК Российской Федерации на 2006-2010 годы по теме 08.05.03.01.7.1. «Усовершенствовать методы переработки навоза и помета с целью получения экологически безопасных удобрений и охраны окружающей среды от загрязнения этими отходами животноводства».
Научная новизна. На основании комплексных экспериментальных исследований с помощью современных гигиенических, физико-химических и микробиологических методов дана ветеринарно-санитарная оценка совре-
8 менного биотехнологического способа переработки навоза на основе его ускоренного компостирования в биоферментере.
Впервые в производственных условиях ускоренного компостирования навоза в биореакторе изучены морфологические, культуральные и биохимические свойства активных термофильных микроорганизмов, входящих в компостную смесь, и определен их видовой состав. Установлена эффективность использования термофильных микроорганизмов в качестве биокатализатора для активации термобиологических процессов при ускоренном компостировании навоза.
Установлена продолжительность выживаемости возбудителей различных инфекционных заболеваний животных (эшерихии, сальмонеллы, золотистый стафилококк, микобактерии - на примере атипичного штамма В-5) в навозе при активной аэробной его ферментации в биореакторе и разработаны режимы по его обеззараживанию навоза от патогенной вегетативной микрофлоры.
Практическая ценность работы. Результаты научных исследований представляют интерес для решения практических задач, связанных с переработкой навоза его обеззараживанием от патогенной микрофлоры и последующим использованием в виде органического удобрения для повышения плодородия почвы, получения продукции растениеводства высокого качества.
Данные, характеризующие санитарно-микробиологическое состояние навоза, продолжительность выживания патогенных и условно патогенных микроорганизмов в навозе и в процессе его ускоренного компостирования могут быть использованы для оценки объектов окружающей природной среды, как факторов передачи возбудителей инфекционных болезней животных, человека и учитываться при организации проведения противоэпизоотических и природоохранных мероприятий.
9 Реализация результатов исследований. Основные положения и выводы вошли в «Методические рекомендации по технологическому проектиро- . ванию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета» РД-АПК. 1.10.15.02. - 08, (п.п. 7.9; 7.10; 13.19), утвержденные Статс-секретарем - Зам. Министра сельского хозяйства Российской Федерации Петриковым А.В. 29 апреля 2008 г. и «Методические рекомендации по ветеринарной защите животноводческих, птицеводческих и звероводческих объектов» РД-АПК 3.10.07.1. - 09, (раздел 6 «Ветеринарно-санитарные требования к систе- . мам удаления и подготовки к использованию навоза и помета» п. 6.9.), утвержденные Заместителем Министра сельского хозяйства Российской Федерации Алейниковым С.Н.. 29 декабря 2008 г.
Апробация работы. Материалы научных исследований, представленные в диссертации, доложены на 7-ой Международной конференции студен- тов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва 2008), на научно-практической конференции «Современные проблемы АПК России» (Москва 2008), годовых отчетах аспирантов на Ученом совете ВНИИВСГЭ (2009, 2010 гг.), межлабораторном совещании сотрудников ВНИИВСГЭ (2010 г.).
Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликованы три научных статьи:
Бирюков К.Н. «Биотехнологический способ переработки органических отходов животноводства - фактор защиты окружающей среды»: //Материалы 7-ой Международной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения». - М. - 2008. - С.206-207;
Бирюков К.Н. «Способы переработки и утилизации навоза и помета в современных условиях ведения животноводства (научно-производственный анализ)», //ж. Вестник Российского государственного аграрного заочного университета. Научный журнал. - №5 (10).-М. 2008. - С.100-102.
10 3. Бирюков К.Н. «Ветеринарно-санитарная оценка ускоренного способа компостирования навоза крупного рогатого скота», //ж. Ветеринария, - №2. -2009. С.38-42.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, предложений производству, списка литературы и при-' ложения.
Работа изложена на 130 страницах, содержит 9 таблиц, иллюстрирована 7-ю рисунками и одной фотографией.
Список литературы включает 193 источника, из них 47 зарубежных авторов.
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2.1. Органические отходы эгсивотноводства и их влияние на окружающую природную среду и ветеринарное состояние.
Основу органических отходов, образующихся на животноводческих предприятиях, составляют экскременты животных (навоз).
Как показывает практика ведения животноводства органические отходы (навоз, навозосодержащие стоки) являются неотъемлемой частью технологического процесса.
Навоз представляет собой смесь твердых и жидких экскрементов животных, технологической и смывной воды, отходов корма и газообразных веществ (В.М. Новиков с соавт., 1981). По существу, это полудисперсная суспензия, состоящая из органических и минеральных соединение воды, разнообразных солей и газов. В ее состав входят многочисленные микроорганизмы, простейшие, яйца и личинки гельминтов, водоросли и семена, шерсть, щетина и некоторые другие включения. Компонентами минерального происхождения в таком навозе оказываются коллоидные, глинистые, пылевые и песчаные составляющие, которые попадают животным с кормами, при разрушении полов, решеток и каналов систем навоэоудаления (Н. Ковалев, и др., 1981).
Ежегодно в мире по оценкам Европейской экономической комиссии * ООН, образуется до 10 куб. километров естественных отходов животноводства (СП. Цыганков, 1987).
Тем не менее, по мощности производства продуктов животноводства и образующихся органических отходов на агропромышленных предприятиях России не имеют аналогов в мире (B.C. Ярных, 1985; 1990; СИ. Плященко, 1990; М.Т.Дмитриев, 1988).
По данным A.M. Смирнова, В.Г. Тюрина (1994) к концу прошлого столетия в нашей стране функционировало 2168 крупных животноводческих предприятий и птицефабрик, из которых образуется более 500 млн. куб. метров органических отходов.
12 По мнению А.Н. Ножевниковой, А.А. Ковалева (1990) общий объем отходов в России составляет около 250 млн. тонн в год по сухому веществу и ежегодно на животноводческих фермах образуется более 12 куб.км жидких стоков и около 600 млн. тонн навоза, представляющие серьезную опасность для окружающей среды и оказывающие определенное влияние на ветеринарное благополучие.
По данным В.И. Фисинина (2001) только общее количество отходов птицеводства в России составляет 14,5 млн. тонн помета в год при влажности 73-76%.
На основании действующих нормативов выделения экскрементов различными видами сельскохозяйственных животных, птицы и наличия поголовья в общественном и личном секторе А.И. Еськовым с соавт. (2001) проведены расчеты выхода навоза по экономическим районам Российской Федерации и объем выхода навоза и помета в масштабах страны, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1. Выход навоза и помета в РФ, млн. т.
13 Животноводческие предприятия независимо от типа, размера и мощности стали постоянными источниками загрязнения объектов природной среды выбросами вредных веществ, биогенными элементами и возбудителями инфекционных и инвазионных болезней (В. Стоянов, 1974; В.Поляк, 1984; СИ. Плященко, 1990; Н.П. Вашкулат с соавт., 1985; Н.А. Мироненко с соавт., 1980; Н.И. Окладников, 1986, 1988; В.Д. Баранников, 1985; В.Д. Баранников, Н.К. Кириллов, 2005; С.Я. Бутаков, 1980; Г.К.Волков, 1982; Г.К.Волков, B.C. Ярных, 1979; A.M. Смирнов, В.Г. Тюрин, 1994; Н.Н. Корнева, В.П. Лысенко 2009).
Основными загрязнителями атмосферного воздуха, почвы, природных водных источников и растений в районах расположения и деятельности животноводческих ферм и комплексов являются органические отходы, а именно навоз и стоки, образующиеся в процессе получения животноводческой продукции, а также при переработке и использовании навоза на соответствующих сооружениях (В.Д. Баранников, 1993, М.А. Мироненко с соавт., 1980;
СП. Цыганков, 1987; Ю.А. Колтыпин, Т.В. Ерофеева, 1977; И.Р. Смирнова, 1994, 1997).
Степень загрязнения окружающей природной среды в районах размещения животноводческих и птицеводческих предприятий находится в прямой зависимости от уровня технологического решения переработки и утилизации органических отходов и организации система контроля за работой очистных сооружений.
Ветеринарно-санитарная оценка очистных сооружений, проведенная отечественными учеными, показала, что в общей массе загрязнений, поступающих в окружающую природную среду от очистных сооружений, 59,3 % из них попадают в почву и грунтовые воды, 12,6 % - в открытые водоемы (В.А. Никитин, 1986; В.СЯрных, Ю.Ф. Клачкова, 1991:, В.Д. Баранников,
1981).
Характерной особенностью органических отходов животноводческих предприятий и птицефабрик является высокая степень контаминации их ус-
14 ловно-патогенными, патогенным микроорганизмами и гельминтами, способными длительное время сохранять свою патогенность. Так, возбудители бруцеллеза остаются жизнеспособными в навозе 108-174 суток, сальмонеллеза -90-160, рожи свиней - 92-157, ящура - 42-192, туберкулеза - 457 суток, яйца аскарид, стронгилят - свыше 6 месяцев (И.Д.Гришаев, 1975, 1977; И.Д. Гри-шаев, А.А. Розов, Ю.И. Андрюнин, 1972).
Навоз является благоприятной питательной средой для роста, развития и размножения микроорганизмов.
По данным И. Усачевой, А. Полякова (1972) в навозе по отношению к сухому веществу содержится до 20% клеток микробов различных видов кон- курирующих между собой и сменяющихся в зависимости от условий: хранения навоза. Патогенные микроорганизмы, попавшие в навоз вместе с выделениями больных животных, также находят благоприятные условия для своего существования, вступая в антагонистические или ассоциативные взаимоотношения с банальной микрофлорой. R. Miner (1971) установил, что в каждом грамме свежих фекалий содер-' жится от 250 до 2000 млн. бактерий, кишечной палочки от 340000 до 560000, причем более 95% этих микроорганизмов относилось к типичным Е. coli, энтерококков насчитывалось от 3,5 до 17 млн.
По мнению И.Д. Гришаева с соавт. (1983), В.Д. Баранникова, (1985), В.С.Ярных (1980), А.А.Полякова (1980), М.А.Мироненко с соавт. (1980) жидкий навоз и навозосодержащие сточные воды интенсивно обсеме-нены микроорганизмами. В нативном навозе общее число микроорганизмов в 1 мл составляет 108, анаэробов 10э, эшерихий до 10э, энтерококков 10 - 10 .
В жидком навозе животноводческих предприятий, как правило, присутствуют энтеропатогенные микроорганизмы: сальмонеллы, патогенные эшерихий, а также часто выделяются возбудители туберкулеза, бруцеллеза, леп-тоспироза и других инфекционных заболеваний опасных не только для животных, но и для человека (Н.П. Вашкулат, Е.И. Гончарук, Я.И. Костовецкий, 1985).
Имеется сообщение о том, что в зависимости от хранения навоза в нем содержится до 20% микробных клеток по отношению к сухому веществу, курсирующих между собой и сменяющихся в процессе его хранения (А.А. Поляков, В.А. Поляков, 1973).
По данным R. Mots. A Kococinci (1977) при повышении в навозе сухого вещества снижается численность патогенных микроорганизмов. Разбавление навоза водой в соотношении 1:10 наоборот увеличивает выживаемость патогенной микрофлоры более чем в 3 раза.
По данным А.В. Балынина (1977) наиболее часто выделяются из навоза свиней и крупного рогатого скота разновидности родов Esherichia, Proteus, Salmonella патогенный анаэроб Вас. perfringens, а также кокковая микрофлора из родов Streptococcus, Diplococcus, Stafilococcus и некоторые микроорганизмы.
По данным Н.П. Вашкулата с соавт. (1985) бесконтрольное использование отходов животноводческих предприятий (особенно со сточными водами) сопряжено с опасностью загрязнения окружающей среды, в частности почвы ингредиентами отходов (химическими соединениями, патогенными микроорганизмами, яйцами гельминтами и другими компонентами).
В районах размещения животноводческих ферм всегда существует большая опасность распространения болезней людей и животных при внесении в почву жидкого навоза и сточных вод (Е. Best, D. Strauch, 1975). Особенно велика опасность загрязнения жидким навозом в том случае, если в зоне развития промышленного животноводства отсутствуют достаточные площади земель, предназначенные для производства кормов, где можно было бы использовать органические отходы в качестве удобрения (J.R. Miner, 1971).
Исследования показали, что почва вокруг крупных животноводческих хозяйств загрязняется сильно и на продолжительное время, в результате чего снижается ее способность к самоочищению, процессы разложения органических отходов значительно замедляются (D. Strauch, 1970). Происходит накопление чрезмерно больших количеств азотистых веществ (органических и неорганических), оказывающих отрицательное влияние на почвенную микрофлору и произрастающие растения, а через них — на людей и животных (L. Vebber, Т. Lone, 1969).
Анализ химического состава почвы (в г/100 г абсолютно сухой почвы) на глубине до 15 см в районе комплекса «Вороново» показал, что аммиачный азот в 500-метровой зоне обнаруживался в концентрации 7,7-9,94 (в контро-ле-6,52), нитриты - 0,0038-0,018 (0,0023), нитраты - 0,05-0,66 (0,042), хлориды - 5,65-6,82 (4,88). Как сообщают М.А. Мироненко и А.Н. Иванов (1976), полученные данные свидетельствуют о сравнительно давнем загрязнении и практически закончившихся процессах самоочищения загрязненной почвы.
По мнению А.Э. Карпса, И.М. Лапиня, В.П. Мелециса и др. (1990) при . внесении чрезмерно больших количеств жидкого навоза в почве отмечается избыток натрия и калия, что способствуют увеличению в ней содержания растворимых солей, вызывающему разрушение почвенной структуры и снижение урожая.
СМ. Томаров (1998) установил, что уровень микробной контаминации почвы находится в прямой зависимости от дозы вносимого в неё навоза.
Общая бактериальная обсемененность пахотного слоя почвы, загрязненной навозом в дозе из расчета по азоту 600,0 кг/га достигала 4,1 млн.КОЕ/г, а коли-титр и титр энтерококков был ниже 0,0001. при дозе внесения навоза, уменьшенной в два раза (из расчета по азоту 300, кг/га), общее микробное число почвы составило 2,3 млн.КОЕ/г при коли-титре и титре энтерококков 0,001.
По данным Н.П. Вашкулата с соавт. (1985), поверхностный слой почвы (0-30 см) обладает мощной адсорбционной способностью в отношении химических и биологических агентов. Так, накопление фосфора в почвах Нидерландов при внесении 300 т/га/год навоза крупного рогатого скота в тече-чение 7 лет составило около 1,7 т/га, песчаные почвы могут задерживать фосфор в слое 0-50 см в количестве равном 5-7 т/га. При исследовании чер- ноземных почв, орошаемых стоками свинокомплекса из расчета 600 кг/га
17 азота, установлено повышение концентрации нитратного азота от 1 до 23 мг/100 г почвы, аммиачного азота - от 0,7 до 5,5 мг/100 г почвы. При этой нагрузке наблюдается и накопление подвижного фосфора (о 16 до 20 мг/100 г почвы) и обменного калия (с 35 до 37 /100 г почвы).
На животноводческих фермах при несоблюдении санитарных мероприятий связанных с переработкой и утилизацией органических отходов, почва, растения и и мелкие водоисточники, расположенные вокруг этих ферм в 25-94,5% случаях обсеменены кишечной палочкой, из которых 62,8-86,6% патогенные штаммы (В.Г. Жаров, А.А. Саноловов, 1976).
При микробном загрязнении почвы не исключается возможность распространения возбудителей инфекций в окружающей среде. Ранее на эпидемиологическое и эпизоотологическое значение почвы указывали ' многочисленные исследователи (СР. Мартинес, 1970; Е.Н. Мишустин, 1950, 1972, 1978; М.И. Перцовская, 1965 и др.)
Академик ВАСХНИЛ А.А. Поляков (1980) считал, что почва, как фактор передачи патогенных микроорганизмов, занимает одно из первых мест среди компонентов окружающей среды.
И.Д. Гришаев и др. (1975) отмечают интенсивное бактериальное загряз-нения почвы после внесения бесподстилочного навоза из поля в дозах 50-100 т/га. Микробное число ее достигало 21 млн./г, а патогенные сероварианты кишечной палочки и сальмонеллы сохраняли жизнеспособность в почве в течение 5 мес. (срок наблюдения).
Результаты их исследований подтверждены в опытах К.В. Мельниковой (1975), которая сообщила, что после орошения сельскохозяйственных стоками свиноводческого комплекса микробное число увеличивалось с 3 до 20 млн./г.
Е.И. Гончарук с соавт. (1980) установили, что при гидравлической нагрузке 300м3 /га разбавленных стоков свинокомплекса в поверхностном слое почвы (0-30см) интенсивность накоплений энтеробактерий (сальмонелл) в 2,5 раза выше, чем в нижележащем горизонте (31-60см). Авторы также уста-
18 новили, что супесчаные обладают более высокой адсорбционной способностью в отношении микроорганизмов (в частности, сальмонелл), чем суглинистые. В супесчаной почве (главным образом в горизонте до 30 см.) адсорбируется более 90% бактерий разных видов.
А. Баубинас (1981) выявил на орошаемой сточными водами почве саль-' монеллы на глубине 50см.
При использовании подстилочного навоза в качестве удобрения сальмонеллы были выделены из почвы через 48 дней после начала вегетации (G. Muller, 1957). В отдельных случаях они сохраняли свою жизнеспособность в почве более года после внесения (B.Delade, 1961).
Определённую опасность органические отходы представляют для природных водных источников. В настоящее время имеется достаточно данных как отечественных так и зарубежных исследователей о влиянии навоза и стоков на поверхностные и грунтовые воды. Влияние этих органических отходов на водные экосистемы выражается в резком снижении содержания растворённого кислорода в воде, появлении гнилостных запахов, тёмно-бурой окраски, повышении количества органических веществ, БПК и окисляемости. Некоторые важнейшие водные источники сильно загрязнены, в них нарушены процессы самоочищения. В такой ситуации массированные выбросы (органические отходы) современных животноводческих предприятий значительно ухудшили общую санитарную картину, а в некоторых регионах существенно ограничили водопотребление (М.А. Мироненко с соавт., 1980).
Попадание навозных стоков в водоём вызывает усиленный рост ядовитых водорослей и других растений, продукты распада которых, вызывают отравление животных и гибель рыбы (А.А. Поляков. 1969; И.Р. Смирнова с соавт., 1993,1994).
По данным Т.З. Артёмова с соавт., (1978); И.Д. Гришаева с соавт., (1975) попадая в проточные водоёмы, возбудители инфекций могут переноситься на расстоянии более 200 км. - По данным Н.И. Окладникова, И.С. Безденежных (1988) качество воды природных открытых водоёмах, расположенных в зоне деятельности свиноводческих предприятиях резко ухудшилось. Количество загрязнений возросло по взвешенным веществам более чем в 2 раза, аммонийному азоту — в 9, БПК-в10,ХПК-в4раза.
Н.П. Вашкулат с соавт. (1985) считают, что негативные отходы животноводческих предприятий в санитарно-эпидемиологическом и эпизоотическом отношениях опасней, чем отходы (стоки) бытовых и хозяйственных предприятий.
Органические отходы (навоз и стоки) животноводческих предприятий по степени загрязнённости химическими веществами, уровню микробной контаминации, особенно бактерии группы кишечной палочки (в том числе патогенной для человека), значительно превосходят хозяйственно-бытовые стоки. Они являются благоприятной средой для длительной выживаемости возбудителей ряда инфекционных болезней (И.Д. Гришаев, 1977).
А.В. Балынин (1977) считают, что с экологической точки зрения микрофлору навоза следует делить на свойственную животным и аутохтонную, то есть типичную для некоторых компонентов окружающей среды, например для почвы, воды и т.д. Следует учитывать, что в органических отходах содержится достаточное количество питательных веществ, необходимых для развития неспецифической микрофлоры, обладающей антагонистическим действием по отношению ко многим группам микроорганизмов, характерных для животных.
Эпидемиологическая и эпизоотическая опасности нативных органических отходов животноводческих предприятий обусловлены не только наличием патогенных микроорганизмов, их высокой концентрацией, но и длительностью выживания их в отходах при сохранении вирулентных свойств.
Выживаемость патогенных микроорганизмов в навозе зависит от ряда факторов: количества питательных веществ нем и величины рН, содержание . кислорода, интенсивности солнечной радиации и влажности воздуха, а так
20 же способности некоторых бактерий образовывать устойчивые формы (В. Wiliams 1979).
И.Д. Гришаев с соавт. (1972) установили в условиях центральной зоны России, что в бесподстилочном навозе возбудители рожи свиней сохраняет свою жизнеспособность в весенне-летний период в течение 92 дней, а осенне-зимний 157 суток. Возбудитель паратифа крупного рогатого скота выжи-. вает в таком навозе в летний период - 85 суток, а в зимне-весенний - 158 дней. Бруцеллы погибали в навозе крупного рогатого скота и свиней в летне-осенний период 108 суток, а осенне-зимний - через 174 дня. Микобактерии туберкулеза оставались жизнеспособными в навозе 475 суток (срок наблюдения). Вирус ящура сохранял вирулентные свойства в навозе свиней и крупного рогатого скота в течение 42 суток, а в замерзшем навозе до 190 суток. P. Tones (1980) считает, что сальмонеллы могут оставаться жизнеспособными в жидком навозе крупного рогатого скота до 286 дней, однако большинство их (до 90%) гибнет в первые 3-4 недели хранения навоза. При этом выживаемость указанных микроорганизмов в навозе зависит от температуры среды и содержания в ней сухого вещества, рН, сероварианта и их концентрации.
Наиболее высокая жизнеспособность их отмечается при температуре ниже 10 градусов по Цельсию и содержание сухого вещества в стоках не менее 5 %.
По данным В. Munch (1978, 1983) сальмонеллы животноводческих стоках в течение 13-140 дней. Выживаемость этих бактерий находится в прямой зависимости от первоначального их количества в стоках. W. Ruprich, D. Strauch (1976) установили, что при хранении жидкого навоза крупного рогатого скота сальмонеллы могут сохранять патогенность до 5-12 мес.
При внесении в почву необеззараженных навоза и стоков возбудители болезней длительное время сохраняют свою жизнеспособность.
Так, возбудители туберкулеза в мерзлотных почвах сохраняют патоген- ность более трех лет (А.К. Вашкулат, Р.В. Каулинаускас, 1977; Н.И. Прокофьева, В.В. Лысков, 1985; А.А. Черепанов, 1983).
Исследованиями Н.П. Тарабукиной (1996%; 1999; 2000) установлено, что в экстремальных условиях Крайнего Севера (Якутия) в поверхностных слоях мерзлотных почв (0-5 см) в летний период возбудители кокковых инфекций (S. aureus) сохраняли жизнеспособность и патогенность не более 60 ' дней, а на глубине почвы (15-20 см) - до 30 суток. Возбудитель сальмонелле-за (S. abortus equi) обладал выраженной устойчивостью и воздействию внешних факторов на поверхности почв, сохранял жизнеспособность и патогенность до 300 дней, а в глубинных слоях до 365 дней. По мнению этого автора в условиях вечной мерзлоты, при колебаниях температуры воздуха от +37 до -60С, эшерихии в навозе выживали до 16 мес, а на поверхности почвы под ' навозом до 12 мес. Золотистый стафилококк в тех условиях сохранял жизнеспособность в навозе до 24 мес, а на поверхности почвы под навозом - не более 16 мес
В климатических условиях Австралии бактерии, внесенные на пастбища вместе с жидким навозом, выживают до 12 недель зимой и 18 недель летом (Tannok, J.M. Smith, 1972).
По данным английских авторов бактерии, попавшие на пастбища с жидким навозом крупного рогатого скота, сохраняются 12-24 недели (R.J.Taylor, Burrows, 1971, Findlay, 1972, 1973). Однако при небольших дозах внесения навоза обнаруживается не болле 76 дней (R.J. Taylor, 1973).
Бактерии Е. Coli на пастбище остаются жизнеспособными в течение 7-8 дней (R.J, Taylor, M.R. Burrows, 1971).
В условиях культурного пастбища отмирание популяций Е. coli происходит за 3,3 дня летом и 13,4-зимой (J.Von Dansel et al. 1976).
По мнению А.И. Еськова с соавт. (2001,2006), СИ. Тарасова с соавт (2006), навоз и помёт относятся к категории нестабильных органических кон-
22 таминаторов, в 1кг которых может содержаться до 170 млн. клеток микроорганизмов, в том числе патогенных, вызывающих эпизоотии и эпидемия.
По мнению W. Ewing et al (1973) через навоз и стоки передаются следующие острые и хронические инфекционные заболевания животных: коли-бактериоза, сальмонеллеза, лептоспироза, листериоза, туберкулёза, бруцеллеза, рожи свиней, чумы свиней, ящура.
Согласно данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) навоз и помёт являются факторами передачи более 100 возбудителей болезней животных, птицы и человека (G, Blanken, 1970).
Органические отходы животноводства и их влияние на окружающую природную среду и ветеринарное состояние
Основу органических отходов, образующихся на животноводческих предприятиях, составляют экскременты животных (навоз).
Как показывает практика ведения животноводства органические отходы (навоз, навозосодержащие стоки) являются неотъемлемой частью технологического процесса.
Навоз представляет собой смесь твердых и жидких экскрементов животных, технологической и смывной воды, отходов корма и газообразных веществ (В.М. Новиков с соавт., 1981). По существу, это полудисперсная суспензия, состоящая из органических и минеральных соединение воды, разнообразных солей и газов. В ее состав входят многочисленные микроорганизмы, простейшие, яйца и личинки гельминтов, водоросли и семена, шерсть, щетина и некоторые другие включения. Компонентами минерального происхождения в таком навозе оказываются коллоидные, глинистые, пылевые и песчаные составляющие, которые попадают животным с кормами, при разрушении полов, решеток и каналов систем навоэоудаления (Н. Ковалев, и др., 1981).
Ежегодно в мире по оценкам Европейской экономической комиссии ООН, образуется до 10 куб. километров естественных отходов животноводства (СП. Цыганков, 1987).
Тем не менее, по мощности производства продуктов животноводства и образующихся органических отходов на агропромышленных предприятиях России не имеют аналогов в мире (B.C. Ярных, 1985; 1990; СИ. Плященко, 1990; М.Т.Дмитриев, 1988).
По данным A.M. Смирнова, В.Г. Тюрина (1994) к концу прошлого столетия в нашей стране функционировало 2168 крупных животноводческих предприятий и птицефабрик, из которых образуется более 500 млн. куб. метров органических отходов.
По мнению А.Н. Ножевниковой, А.А. Ковалева (1990) общий объем отходов в России составляет около 250 млн. тонн в год по сухому веществу и ежегодно на животноводческих фермах образуется более 12 куб.км жидких стоков и около 600 млн. тонн навоза, представляющие серьезную опасность для окружающей среды и оказывающие определенное влияние на ветеринарное благополучие.
По данным В.И. Фисинина (2001) только общее количество отходов птицеводства в России составляет 14,5 млн. тонн помета в год при влажности 73-76%.
На основании действующих нормативов выделения экскрементов различными видами сельскохозяйственных животных, птицы и наличия поголовья в общественном и личном секторе А.И. Еськовым с соавт. (2001) проведены расчеты выхода навоза по экономическим районам Российской Федерации и объем выхода навоза и помета в масштабах страны, которые представлены в таблице 1.
Анализ современных технологических способов переработки и утилизации навоза и их ветеринарно-санитарная оценка
Опыт эксплуатации животноводческих предприятий различного типоразмера, характеризующихся разнообразием технологических особенностей производства продукции показал, что система подготовки навоза на фермах и комплексах до настоящего времени не обеспечивает степени переработки органических отходов, позволяющих надежно предотвратить загрязнение объектов окружающей природной среды (водоемы, почвы, атмосферный воздух) при их утилизации (М.А. Мироненко с соавт., 1980; И.Д. Гришаев, 1977; A.M. Смирнов, В.Г. Тюрин, 1994, А.А. Черепанов, 1994; В.Д. Баранни-ков,1985; Н.П. Вашкулат с соавт., 1985; В.Д. Фокина, 1975; E.D. Anderson, 1971; W.B. Antony, 1974; M.F. Strong, 1977).
Большое количество животноводческих отходов, сложность реализации инженерно-технических задач их подготовки, переработки и утилизации определили разнообразие путей решения проблемы по эффективному использованию навоза в отечественной практике ведения животноводства, так и за рубежом.
Первым направлением решения проблемы эффективной переработки органических отходов является подготовка жидкого навоза и помета к использованию для полива на земледельческих полях. При этом твердая фракция компостируется, а жидкая после выдерживания и обеззараживания поступает на полив полей, где проводится почвенная очистка и доочистка стоков (А.К.Баубинас, 1981; Е.И. Гончарук с соавт., 1980).
По мнению Ю.И. Ворошилова, Н.Г.Коваля, Т.С. Мальцмана, (1979);Е.М. Гончарова с соавт., (1980), почвенный метод очистки и обеззараживания обеспечивает одновременно создание высоких устойчивых урожаев и охрану окружающей среди от загрязнений.
В.Д. Баранников (1981) установил, что в санитарно-гигиеническом отношении наиболее приемлем внутрипочвенный способ внесении навоза (бесподстилочного) под вегетирующие травы и зябь. При использовании данного агроприема, как утверждает автор, значительно снижается возможность аэрогенного распространения загрязняющих веществ с удобряемых массивов и поверхностных стоков.
В настоящее время наиболее распространенными являются два способа подпочвенного внесения навозных стоков: транспортировка и внесение в почву с помощью мобильных жижеразбрасывателей, транспортировка по трубам с последующим внесением в почву дождевальными установками (А.Н. Тимофеев, Г.Н. Каспий, Ф.Ф. Русекин, 1985; Н.П. Яковлев, B.C. Разу-ваев, 1980).
По данным А.Г. Пузанкова. А.Г. Мхитаряна, И.Д. Гришаева (1979) в нашей стране практикуются и уже введены в эксплуатацию оросительные системы с использованием стоков крупных животноводческих комплексов для орошения кормовых культур в замкнутых циклах водооборота. В этой системе подготовленные стоки поступают в оросительную сеть и распределяются, на кормовых угодьях с помощью дождевальных машин. Избыточная влага (поверхностный и дренажные стоки) отводятся в пруды-накопители, а затем вместо чистой воды используется для разбавления животноводческих стоков перед внесением на поля орошения. При этом обеспечивается охрана окружающей среды от загрязнения, уменьшается расход чистой воды и компенсируется вынос биогенных питательных веществ из почвы.
Исследования, выполненные М.А. Мироненко с соавт. (1980) показали высокую гигиеническую эффективность подобной оросительной системы, эксплуатируемой на животноводческом комплексе «Нарский» Московской области и включающей сооружения механической очистки, представляющие комбинацию устройств с динамическим и гравитационным действием, собственно поля орошения и рыбоводные пруды.
Второе направление обработки и утилизации навоза и помета, и стоков предусматривает систему глубокой очистки с целью последующего сброса жидкой фракции в открытые водоемы. Причем для осуществления глубокой очистки перспективным является использование естественных процессов в биологических экосистемах (аэробные, анаэробные, рыбоводно-биологические пруды, компостирование, выдерживание в лагунах).
Материалы, место проведения, , методы исследования
Ветеринарно-санитарная оценка технологии ускоренного компостирования навоза и разработка режимов его обеззараживания проводилась комплексно с использованием современных физико-химических, микробиологических и гигиенических методов исследований, а также метода вариационной статистики в лабораторных и производственных условиях непосредственно в биотехнологической установке (биореакторе), где осуществлялось активное компостирование навоза крупного рогатого скота.
Научно-исследовательская работа выполнялась в течение 2008-2010 гг. в лаборатории зоогигиены и охраны окружающей среды от загрязнения отходами животноводства Всероссийского научно-исследовательского института ветеринарной санитарии, гигиены и экологии Россельхозакадемии и в производственных условиях ООО «БИОКОМПОСТ» Красногорского района Московской области.
Поставленные задачи решались исследованиями в лабораторных условиях и в научно-производственных экспериментах согласно схеме проведения научно-исследовательских работ, представленной на рисунке 1.
Материалом и объектом исследований служили навоз крупного рогатого скота, исходный подготовленный органический субстрат из навоза, опилок, соломы и переработанный органический субстрат (компост).
Изучение процессов формирования технологических режимов - изменение характера температуры компоста и рН в процессе его ферментации, а также определение эффективности обеззараживания навоза при активном способе его компостирования проводились непосредственно в биоферментере.
Биоферментер представлял собой конструкцию (сооружение) из оцинкованного металла прямоугольной формы размерами 12,0 х 2,5 м и высотой 2,7 м, в полу которого предусмотрены перфорации для поступления воздуха. На задней стенки биоферментёра с наружной стороны оборудован вентилятор, который через соединительный резервуар осуществлял подачу воздуха в воздуховод и через перфорации пола непосредственно в органический субстрат (смесь). Управление технологическим процессом — автоматическое с помощью электромеханического реле РПТ-0,5. Производительность установки со-. ставляла 7,5 тонн биокомпоста в сутки.
Технологическая схема ускоренного компостирования навоза в биоферментере представлена на рисунке 2, а общий вид биореактора перед загрузкой его навозом показан на фото 1.
Перед закладкой в биореактор органические компоненты: навоз, солома и опилки перемешивались в соотношении 500 : 500 : 600 соответственно и подготовленная для ферментации компостная смесь загружалась в биореактор.
Технологический процесс ускоренного компостирования в биореакторе осуществлялся в периодическом режиме.
Влажность навоза крупного рогатого скота, используемого для приготовления компоста составляла 85,6-86,0%, влажность соломы - 75,2-76,3%, влажность опилок - 48,3-49,2%. Влажность исходного субстрата в биореакторе при ускоренном его компостировании находилась в пределах 63,1-64,6%),
