Промышленное вермикомпостирование

 

При проектировании вермихозяйства надо исходить из его профиля, т. е. будет ли это хозяйство выращивать только маточное поголовье червей или также будет заниматься промышленным производством копролита и биомассы червей.

Идея промышленного культивирования дождевых червей принадлежит американскому врачу Баррету. На собственной ферме он занимался разведением червей с целью повышения доходности своего хозяйства. Он исходил из понимания необходимости полнейшей утилизации всех органических отбросов, образующихся в хозяйстве (отходов кухни, сада, огорода, а также опавшей листвы и тому подобных органикосодержащих отходов) и использования их в качестве корма дождевым червям.

Червей он выращивал в деревянных ящиках, заполненных землей, навозом и отходами. Урожайность их была высокой – до 3000 особей в одном кубическом футе, что, по его расчетам, соответствует плотности популяции 345 млн. особей на 1 га (в перерасчете на массу биомасса, при условии, что 4–5 особей весят 1 г, равна 69–86 т/га).

Полупромышленная технология разрабатывалась с 1975 года итальянскими исследователями. Для культивирования червей они использовали пленочную теплицу туннельного типа. Такие теплицы, по их мнению, весьма удобны, дешевы, позволяют без особых помех создавать необходимые условия для круглогодичного воспроизводства червей.

Условия для культивирования:

• длина туннеля – 40 м, ширина – 5 м;

• пол покрыт галькой (щебнем);

• на полу размещаются три лотка длиной 33 м и шириной 1 м;

• пол и стенки лотков выложены из кирпича;

• высота кирпичных бортов каждого лотка равна 27 см;

• общая площадь трех лотков равна 100 м2;

• между лотками имеются два прохода для проезда тачки.

Кроме того, в вестибюле туннеля размещались также сепаратор для отделения червей от субстрата, ящик для инвентаря, тачка для перевозки субстрата внутри туннеля. В самих теплицах лотки с субстратом и червями (культиваторы) можно разместить в два‑три яруса на стеллажах – и площадь поверхности культивирования утроится.

По мнению итальянских исследователей, можно получать с 1 м2 до 100 кг биомассы червей в год. Для этого изымать их из субстрата следует не дважды в год, а через каждые два месяца культивирования.

В настоящее время в мире используется большое количество различных подходов для переработки органических отходов с помощью дождевых червей. При этом используются как простые, требующие больших затрат человеческого труда, так и полностью автоматизированные системы с одним оператором. Можно выделить несколько типов таких систем: навалы, ложи, корзины, реакторы.

Первые коммерческие системы вермикомпостирования появились в США в начале 90‑х годов прошлого века. Первой среднего масштаба системой был так называемый «Worm Wigwam». Ее придумал Джон Горман‑Саваж.

Примерно в то же время в Канаде была изобретена еще одна система большего масштаба. Ее изобретателем был Ал Эген – владелец «Оригинальных вермитехнологий» в Торонто.

Перед тем как заняться переработкой большого количества органики с помощью червей, необходимо учесть следующие факторы: количество сырья, которое необходимо переработать; объем финансирования; место расположения вермихозяйства; климат и метеоусловия; оборудование, необходимое для процесса переработки органики.

Управление средними и крупными системами вермикомпостирования включает в себя, кроме всего прочего, соблюдение температурных режимов, так как большие системы в ходе работы выделяют гораздо больше тепла, получаемого при разложении органических отходов, а также дольше его удерживают.

В качестве методов понижения температуры применяют следующие: добавление воды, включение фенов в системе или возле нее, уменьшение добавляемого для переработки сырья. При этом оператор должен следить за количеством солнечного света, попадающего в систему.

 

Навалы

 

Навалы представляют собой обычные длинные кучи органических отходов. Их можно использовать как в помещениях, так и вне их. Среди недостатков данной системы можно выделить следующие:

1) система требует большой площади земли или больших помещений;

2) в северных широтах в зимний период такой метод достаточно сложно применять;

3) затруднен процесс добычи биогумуса (вермикомпоста) из смеси биогумуса с червями (особенно при большом количестве перерабатываемого материала).

В данном случае рекомендуется использовать вермикомбайн – машину для отделения червей и их коконов от биогумуса.

 

Клиновая система

 

Это модифицированная система навалов, которая гораздо менее требовательна к площади и более проста при получении биогумуса, поскольку в данном случае нет необходимости отделять червей от вермикомпоста.

Органические материалы сваливаются слоями до тех пор, пока не образуется навал с углом наклона в 45 градусов. Такие кучи можно размещать как в закрытых помещениях, так и на воздухе. Однако в последнем случае, чтобы избежать потери питательных веществ, необходимо накрывать кучи брезентом или слоем компоста.

Для того чтобы получился навал шириной 1–3 м, используется фронтальный транспортер, длина кучи при этом может быть различной, ограниченной лишь размерами участка земли. Навал необходимо начинать со слоя органического материала толщиной 40–60 см по всей длине на одной из сторон.

На каждые 30 см2 площади навала добавляют до 1,5 кг червей. Один раз в неделю добавляют новый слой органики толщиной 6–10 см (в холодное время года добавляют слой толщиной 10–20 см). Когда толщина навала составит примерно 1 м, рядом начинают делать следующий. При этом в течение некоторого времени (обычно несколько дней) черви обязательно мигрируют в новый навал в поисках пищи, после чего можно собрать биогумус из переработанного навала.

Второй навал также доводится до толщины и высоты первого, а затем начинают новый и так далее. Движение червей будет происходить перпендикулярно навалам до тех пор, пока вы не дойдете до противоположной границы территории, а затем не продолжите те же действия в противоположном направлении. При соблюдении вышеприведенных рекомендаций первый навал будет переработан через 2–6 месяцев в зависимости от начального количества червей и вносимого органического материала.

 

Ложа, корзины и ящики

 

Эта система используется, пожалуй, наиболее широко как крупными производителями, так и частными домовладельцами. Вермикомпостирование в больших масштабах на открытом воздухе требует некоторого покрытия для того, чтобы уберечь червей от дождя и попадания прямых солнечных лучей. Кроме того, этот способ требует достаточно больших трудозатрат, поскольку приходится добывать биогумус вручную.

Технология в данном случае следующая: рассчитывают количество лож, определяют площадь участка для их размещения (проводя разметку территории, нужно проверить, нет ли на ней следов крота) и необходимый объем субстрата для питания червей, обеспечивают постоянное наличие субстрата и воды.

Участки для буртования и ферментации субстрата должны находиться на территории хозяйства или вблизи него. Желательно также предусмотреть пути транспортировки субстрата к ложам. Ложа лучше располагать на участках с определенным уклоном для обеспечения хорошего стока воды во время дождей и исключения образования луж. Кроме того, желательно, чтобы подстилающая почва была песчаная или каменистая.

Дождевые черви очень боятся ветра, поэтому следует выбирать места, защищенные от него, или огораживать вермихозяйство насаждениями деревьев и кустарников.

Площадь земельного участка можно разделить на три зоны.

Зона накопления, подготовки и хранения субстрата располагается в нижней части участка с целью предотвращения попадания дождевых вод из данной зоны в зону производства копролита.

Зона производства копролита занимает основную часть участка. В ней располагаются ложа для выращивания вермикультуры и производства копролита, а также источник воды. По схеме, предложенной американскими исследователями, черви содержатся на бетонированных площадках в траншеях шириной 2 м и глубиной 0,3–0,4 м, в ложах площадью 2 м2 (2ґ1) и высотой 15–30 см. Длина площадок или траншей зависит от размеров участка.

Ложа изготавливаются из металлической оцинкованной сетки с ячейками размером 15ґ15 мм. В ложе могут находиться 50–100 тыс. особей различного возраста и коконы. Ложа размещают секциями длиной до 50 м с расстоянием между ними 0,5–0,8 м. Две секции образуют сектор. Расстояние между секторами – 2,5–3 м.

Можно применять оригинальные конструкции, разработанные для конкретных условий региона или хозяйства.

При промышленном разведении червей целесообразно максимально механизировать трудоемкие процессы.

Зона обслуживания имеет навесы для подготовки и складирования копролита, подготовки биомассы, хранения техники и инвентаря, лабораторно‑бытовой блок (передвижной вагончик). Хозяйство должно иметь трактор для транспортировки субстрата и готовой продукции, экскаватор с ковшом, вибросита различной конструкции с ячейками размером до 5 мм, ящики, лотки и другую тару для транспортировки червей, полиэтиленовые мешки, грабли, тачку, вилы на длинной ручке с закругленными на концах зубьями, лопаты, шланг из синтетического материала длиной 20 м и диаметром 20–25 мм, сепаратор для отделения копролита от червей, деревянные колышки и т. п. Для определения кислотности субстрата необходимы рН‑метр (иономер) или лакмусовая бумага, а для измерения температуры – почвенные термометры длиной около 60 см.

Ведением хозяйства средней величины, состоящего из 350–400 лож размерами 2ґ1 м, может заниматься один человек, работая 8 часов в день (40 часов в неделю). Такое хозяйство при условии ведения в соответствии с предлагаемыми рекомендациями через 18 месяцев после его закладки будет в состоянии производить около 200 т копролита и 0,4 т биомассы червей в год.

 

Реактор

 

Этот метод представляет собой ряд лож с сетчатым дном. Органический материал ежедневно укладывается слоями поверх сетки, а затем тонкий слой готового биогумуса соскабливается со дна ряда лож и падает в ящики, размещенные под ними. Эти системы могут быть очень простыми с применением ручного труда, а также могут быть полностью автоматизированы с мониторингом влажности и температуры. Максимальной эффективности они достигают при применении в закрытых помещениях.

Самым маленьким образцом такой системы на рынке США является «Worm Wigwam». Эта система доказала свою рекордную эффективность и используется по всей территории США в школах, университетах, колледжах, офисах и военных базах. Вигвам сделан из переработанного пластика, размер его – около 1 м в диаметре и 1 м в высоту. Внутри на высоте 48 см от земли находится гальванизированная стальная сетка. Для помещения, в котором происходит процесс вермикомпостирования, соответственно, остается 52 см, а внизу находится ящик для хранения готового биогумуса. Снаружи имеется ручка, которая приводит в движение брусок, извлекающий тонкий слой готового биогумуса из‑под сетки и над ней. Все это сооружение подогревается и изолируется для того, чтобы достичь оптимального годового выхода продукта.

В реактор добавляют около 16 кг червей, которые за год перерабатывают около 4 т органических отходов, в зависимости от материала. Оптимальная эффективность этого метода достигается при применении нескольких реакторов, чтобы увеличить пропускную способность вермихозяйства.

 

Дождевые черви и экология

 

Дождевые черви – биотесты

 

Огромное количество химических веществ, используемых в сельском хозяйстве в виде пестицидов, гербицидов и удобрений, а также промышленные выбросы предприятий привели к значительному загрязнению окружающей среды. Учитывая, что ежегодно в мире разрабатываются и затем производятся десятки новых веществ, не свойственных живой природе, совершенно невозможно предугадать их токсическое воздействие на окружающий мир и человека. Поэтому особо остро встают вопросы комплексного изучения экологии окружающей среды.

Традиционно для эколого‑токсикологической оценки территорий применяют химико‑аналитические методы. Они дают как бы «моментальный снимок» картины загрязненности определенных объектов (вода, почва, донные отложения и т. д.) конкретными токсикантами. Однако они не могут отразить состояние экосистемы в целом, оценить весь спектр загрязнителей и их взаимодействие друг с другом (эффект «коктейля»). Кроме того, большими недостатками этих методов является их высокая трудоемкость, необходимость приобретения высокоточного, дорогостоящего аналитического оборудования. При этом выявление спектра загрязнителей компонентов окружающей среды зачастую не позволяет судить об их токсичности для теплокровных животных и человека. Для многих химических веществ не разработаны гигиенические нормативы (предельно‑допустимые концентрации, пороговые дозы и т. п.), по которым можно оценить степень воздействия на человека. Для интегральной оценки воздействия поллютантов на агроценозы более применимы биологические методы с использованием специально выбранных животных‑биотестов.

Биотестирование позволяет определить интегральную токсичность проб с анализируемых территорий, оценить эколого‑токсикологическое состояние агроценозов и возможное влияние на человека.

Суть этого метода заключается в определении действия токсикантов на специально выбранные организмы в стандартных условиях с регистрацией различных поведенческих, физиологических или биохимических показателей. Биотестирование широко применяется для контроля качества природных и токсичности сточных вод, при проведении экологической экспертизы новых технологий очистки стоков, при обосновании нормативов предельно‑допустимых концентраций загрязняющих компонентов.

Тест‑животных обычно выбирают среди наиболее чувствительных к загрязняющим компонентам видов. Другое важное требование заключается в том, что воздействие токсиканта на животное должно вызывать ответную реакцию. Знание механизмов специфического токсического действия позволяет ослаблять или усиливать действие токсиканта с помощью специально подобранных фармакологических средств. Если последние обладают селективностью, то в ряде случаев становится возможным с помощью тест‑объектов не только обнаружить токсический эффект, но и произвести групповую идентификацию токсиканта. Усиление действия с помощью фармакологических средств позволяет снизить порог обнаружения токсиканта, не прибегая к его концентрированию (прием, обычный при инструментальном физико‑химическом анализе примесей).

По чувствительности и степени изученности среди других тест‑объектов выделяют дафний (D. magna, D. рulex), несколько видов микроскопических одноклеточных зеленых водорослей из класса протококковых (сценедесмус Scenedesmus quadricauda, хлорелла Chlorella sp.) и пять‑шесть видов рыб, как аквариумных (гуппи, данио‑рерио), так и мелких аборигенных (голец, гольян). Каждый из этих объектов имеет свои преимущества и ограничения, и ни один из организмов не может служить универсальным «тестером», одинаково чувствительным ко всем загрязняющим веществам. С другой стороны, нецелесообразно бесконечно расширять круг биологических тест‑объектов. Опыт токсикологического нормирования показывает, что при использовании этих видов биотестированием может быть охвачено более 80 % подлежащих контролю загрязняющих воду химикатов.

Для биотестирования почвенных образцов чаще всего применяют дождевых червей, олигохет (кольчатых червей) и различных насекомых. В Германии за период 1996–2001 гг. было апробировано более 20 биотестов с целью определения наиболее чувствительных и адекватных. В зависимости от того, какая функция почвы оценивается, используют тот или иной биотест. В этом списке биотестов дождевые черви выступают в качестве индикаторов функции почвы как естественной среды обитания. Такими тестами являются тест на острую токсичность (acute toxicity), репродуктивный тест (reproduction), тест на биомассу (biomass). Эти тесты прописаны в стандартах ИСО 11268–1, ИСО 11268–2, ИСО 11268–3 и EPA OPPTS 850.6200. Показано, что репродуктивный тест является более чувствительным, нежели тест на острую токсичность. По мнению экотоксикологов, репродуктивный тест является ведущим в списке рекомендуемых для оценки почвы.

Биотестирование проводят для определения интегральной токсичности почвы с целью проверки соответствия качества почвы нормативным требованиям. Исследуемая почва не должна оказывать острого и хронического токсического действия на тест‑объекты.

Промышленные линии навозного червя используются для круглогодичной переработки органических отходов. Культуру дождевых червей выращивают в деревянных или пластмассовых ящиках, находящихся в теплом помещении, не содержащем токсических паров или газов. Оптимальная температура для культивирования дождевых червей и биотестирования – 18–24 °C, освещенность – 200–400 лк. Для выращивания дождевых червей используют смесь навоза крупного рогатого скота с растительными отходами.

Биотестирование проводят в деревянных или пластмассовых ящиках размером 30ґ30 см и высотой 15–20 см. Ящики должны иметь снизу дренажные отверстия для слива излишков воды. Тестируемую и контрольную почву помещают в ящики и увлажняют отстоянной водопроводной водой до влажности 75–85 %. В качестве контроля используют почву с территории заповедника или лесного массива, заведомо не содержащую токсичные вещества. Методика основана на определении выживаемости и поведенческих реакций дождевых червей при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой почве по сравнению с контролем.

Кратковременное биотестирование (screening test) – до двух суток – позволяет определить острое токсическое действие почвы на дождевых червей по их выживаемости и поведенческим реакциям. Показателем выживаемости служит среднее количество тест‑объектов, выживших в тестируемой почве или в контроле за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50 % (и более) дождевых червей за двое суток в тестируемой почве по сравнению с контролем. Показателем поведенческих реакций тест‑объектов является скорость зарывания в субстрат. Критерием токсичности является отсутствие зарывания дождевых червей в тестируемую почву, активное ползание по поверхности земли и попытки к выползанию из ящика (avoidance test). Этот прием (тест на избегание) хорошо известен всем червоводам при выборе субстрата для культивирования червей. Достоинством скринингового теста являются высокая чувствительность, надежность, простота постановки, экономия времени и средств. Он достаточно сильно коррелирует с репродуктивным тестом.

Длительное биотестирование – до 30 суток – позволяет определить хроническое токсическое действие почвы на дождевых червей по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее количество тест‑объектов, выживших в тестируемой почве в течение биотестирования. Показателем плодовитости – среднее количество молоди (включая и количество коконов, умноженное на два, т. е. число зародышей) в пересчете на одну особь выживших дождевых червей.

Однако не всегда реакция дождевых червей на загрязненную почву или субстрат может быть оценена по указанным выше критериям. Порой и опытные червоводы приходят в ужас при виде червей‑уродцев (а может быть, мутантов?). Что явилось причиной появления таких червей, без специальных исследований сказать невозможно.

Большое значение метод биотестирования на дождевых червях приобретает при оценке результатов рекультивации (биоремедиации) территорий, загрязненных токсичными химическими веществами. Биотестирование позволяет достаточно быстро и эффективно оценить интегральную токсичность почвы до, во время и после биоремедиации, оценить эффективность технологии биоремедиации, а также показать, что продукты разложения поллютантов являются малотоксичными для окружающей среды. Это обеспечивает оперативный контроль за экологической безопасностью технологий, применяемых для биоремедиации.

Не менее важным аспектом использования дождевых червей в качестве биотестов мог бы стать выбор наименее токсичных пестицидов, от которых, к сожалению, современное сельское хозяйство пока не может отказаться. Однако на сегодня данный тест не внесен в список тестов, используемых при токсикологической оценке пестицидов. Согласитесь, это вопиющий факт, если вспомнить, что дождевые черви являются жертвами применения пестицидов. А чем это чревато для почвы и, в конечном итоге, для человека – не является секретом.