CC BY
0ИЛЬЯСОВ Олег Рашитович
доктор биологических наук, доцент кафедры техносферной безопасности, ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет»
КОВАЛЕВА Ольга Викторовна
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры экологии и природопользования, ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень
РОГОЗИННИКОВА Ирина Викторовна
кандидат биологических наук, заместитель декана,
ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет»
ЧЕПУШТАНОВА Ольга Викторовна
кандидат биологических наук, заместитель декана,
ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет»
HIM III ММ ММ III ММ III ММ ММ III ММ ММ III ММ ММ III ММ ММ III ММ ММ III ММ ММ III ММ III ММ ММ III ММ ММ III 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
УДК 504.064.2: 628.315.23: 631.95 статья поступила 05.04.2023
1.5.15. Экология
DOI 10.35524/2687-0436_2023_04_47
ОЦЕНКА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕЛЬМИНТОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГИДРОПОНИКУМА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НАВОЗОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД
ASSESSMENT OF MICROBIOLOGICAL AND HELMINTHOLOGICAL INDICATORS WHEN USING HYDROPONICS FOR THE DISPOSAL OF MANURE-CONTAINING WASTEWATER
Авторами статьи рассмотрена проблема образования огромных объемов навозосодержащих сточных вод. Отсутствие ресурсосберегающих технологий утилизации навозосодержащих сточных вод не позволяет использовать их в качестве удобрений в сельском хозяйстве или сбрасывать в городскую канализацию без очистки. Разработана ресурсосберегающая технология утилизации навозосодержащих сточных вод в гидропоникуме. При проведении эксперимента на опытно-промышленной гидропонной установке, которая включает водоподготовительный и утилизационный блоки, была выполнена санитарно-гигиеническая оценка всего комплекса сооружений, входящих в состав технологической схемы. Наибольший интерес представляли микробиологические и гельминтологические исследования проб сточных вод, которые отбирались после механического разделения навоза на твердую и жидкую фракции из первичного отстойника, после биохимической очистки в биофильтре, после термического обеззараживания на пароструйной установке и из резервуара гидропоникума.
Суть данной технологии заключается в использовании навозосодержащих вод в качестве питательного субстрата в процессе круглогодичного выращивания зеленого витаминного корма из злаковых растений (ячмень, овес) гидропонным методом и утилизации стоков последними в процессе формировании биомассы и транспирации. Разработанная технология позволяет создать замкнутые системы их производственного водообеспечения. Поскольку после выхода из резервуара гидропоникума основная масса яиц гельминтов имеет деформированную как наружную, так и внутреннюю оболочку, отмечаются признаки денатурации белковых структур. Выявленные изменения морфологии могут свидетельствовать о деструкции личинок гельминтов и потере ими инвазивности.
Всё это подтверждает, что разработанная система соответствует достаточной степени обеззараживания сточных вод. Такой результат достигается за счёт того, что фильтр собирает на своей поверхности основную массу микроорганизмов (в том числе и кишечных палочек), способствуя тем самым значительному очищению сточных вод. Также в зеленой массе растений, выращенных на гидропонной установке, патогенные организмы не были обнаружены.
Ключевые слова: гидропоникум, навозосодержащие стоки, зеленый корм, утилизация, ресурсосберегающая технология, замкнутая система, питательный субстрат, водообеспечение, микробиология, гельминты
Key words: hydroponics, manure-containing effluents, green fodder, recycling, resource-saving technology, closed system, nutrient substrate, water supply, microbiology, helminths
В современном мире наряду с интенсификацией животноводства и увеличением объёмов навозосодержащих сточных вод всё чаще возникает вопрос утилизации или переработки стоков [1, 7, 12]. Повторное использование очищенных сточных вод также решает проблемы утилизации, прежде всего в условиях засухи. Рекультивация, переработка и повторное использование сточных вод относятся к общей сфере водных систем и отражают растущий спрос общества на воду. Но при этом они требуют использования передовых технологий контроля качества такой воды, общественного признания и снижения уровня риска для здоровья населения. Бесспорно, данным вопросом давно уже занимается ряд учёных, в том числе и российских. Существуют различные средства и технологии механической, биологической, комбинированной очистки, а также доочистки и дезинфекции сточных вод.
Одним из таких способов утилизации является разработанная технологическая схема использования данных стоков в гидропоникуме для выращивания зеленого корма [8, 11, 13]. Применение такой технологии может решать сразу ряд вопросов: круглогодичную утилизацию стоков, получение зеленой массы для использования на корм, восстановление круговорота веществ в экосистемах [3, 9]. При этом технологическое решение предусматривает 3 вида основных обработок, которые используются на сложнейших системах водоочистных сооружений, а именно, механическую, биохимическую и термическую обработки [6, 10].
Та или иная используемая технология утилизации стоков может являться ответом на вопрос о возможности повторного использования в условиях конкретного региона. Государственными нормативными документами регламентируется содержание химических компонентов и наличие патогенных микроорганизмов не только в почве, но и в питьевой и сточной воде. Содержание данных организмов зависит от множества факторов, в частности: температуры, осадков, текстуры почвы, рН, водоудерживающей способности и т.д., а также от типа возбудителя.
Целью проводимой работы являлась оценка микробиологических и гельминтологических показателей при использовании гидропоникума для утилизации навозосодержащих сточных вод.
Материалы и методы исследований. Материалом исследований послужили поверхностные сточные воды животноводческих комплексов, сооружения разработанной технологии очистки сточных вод (гидропоникум).
В рамках данного блока работ проводились лабораторные исследования микробиологических и гельминтологических показателей отобранных образцов в количестве 36 проб из 4 точек: на выходе из первого отстойника, который установлен после биофильтра, а также после обеззараживающей установки (ВНИИВВиМ) и из резервуара гидропоникума.
Санитарно-бактериологический и гельминтологический анализ сточных вод осуществлялся согласно Инструкции по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах (Приказ Минсельхоза СССР от 17.11.1980). Микробиологические методы исследований применены по определению количества микробных тел в 1 мл воды с использованием обычных питательных сред и диагностической среды Эндо (ГОСТ 20264.1-89) [3].
Результаты исследований. При проведении эксперимента на опытно-промышленной гидропонной установке, которая включает водоподготовительный и утилизационный блоки, была выполнена санитарно-гигиеническая оценка всего комплекса сооружений [4, 6], входящих в состав технологической схемы.
Наибольший интерес представляли микробиологические и гельминтологические исследования проб сточных вод, которые отбирались после механического разделения навоза на твердую и жидкую фракции из первичного отстойника, после биохимической очистки в биофильтре, после термического обеззараживания на пароструйной установке и из резервуара гидропоникума.
Результаты санитарно-бактериологических исследований представлены на рисунке 1.
Средняя геометрическая ОМЧ (*1010) & Первичный отстойник х^У■ ГЙЭД^'у--- ^ Биофильтр »та Ряд "Столбец!" Точка "Первичный отстойник" | * ~ Значение: 229,5 (90%) Средняя геометрическая КТ (*Ю10)
НИ Установка ВНИИВВиМ ■ Резервуар 1_229 5 гидропоникума 1
Рис. 1. Бактериальное загрязнение сточных вод на разных этапах их очистки в опытно-промышленном гидропоникуме
Анализируя полученные данные, получили следующие результаты: фактически происходило снижение ОМЧ в сточной воде: в 10,6 раза после прохождения через биофильтр; после резервуара гидропоникума - в 53,4 раза, параллельно с этим увеличивался коли-титр - в 107,1 раза и 500 раз, соответственно.
Всё это подтверждает, что разработанная система соответствует достаточной степени обеззараживания сточных вод. Такой результат достигается за счёт того, что фильтр собирает на своей поверхности основную массу микроорганизмов (в том числе и кишечных палочек), способствуя тем самым значительному очищению сточных вод. Также в зеленой массе растений, выращенных на гидропонной установке, патогенные организмы не были обнаружены. Однако установлено, что полный обеззараживающий эффект достигается только на пароструйной термоустановке конструкции ВНИИВВиМ. Выполненные исследования показали при хороших технологических параметрах работы установки её недостаточную санитарно-гигиеническую эффективность.
Кроме этого можно отметить, что патогенные бактерии выделялись только из исходных и стоков после биологических фильтров, то есть до их термообработки.
Технологическая схема замкнутой системы гидропоникума предусматривала, что после термообработки сточные воды накапливаются в резервуаре гидропо-никума, откуда периодически подаются на растильные ванны для выращивания зеленого корма. В тот же резервуар сливается после орошения неиспользованная растениями вода из растильных ванн. В результате контакта с корневой системой растений и твердым субстратом в виде измельченной соломы обеззараженный питательный субстрат обогащается бактериальной микрофлорой с преобладанием факультативных анаэробов и облигатных аэробов. Относительно высокие концентрации органических веществ в сточных водах, хороший контакт с воздушной средой в процессе орошения, благоприятная температура в пределах 20-22 °С обеспечивают хорошие условия для вторичного бактериального обсеменения стоков и интенсивного накопления микрофлоры и гельминтов в резервуаре гидропоникума.
Результаты паразитологических исследований сточных вод и полученной зеленой массы отражают сокращение содержания яиц гельминтов (рис. 2). Так, снижение содержания яиц гельминтов в сравнении с первичным отстойником составило: 1,3-1,8 раза - после биофильтра, 3,1-3,3 раза - после резервуара гидропоникума.
Качественный состав гельминтов представлен основными 5 видами: Para-scaris equorum сем. Ascaridae, Enterobius vermecularis сем. Oxyuridae, Ascaris lum-
3900
i 3000
3500
2500
3430
2475
1250
1100
25,3
Яйца гельминтов Яйца гельминтов (максимальные величины (в среднем на 1 мл) _в повторностях)_
Яйца гельминтов (вероятное количество жизнеспособных)
Первичный отстойник Ш Биофильтр ш Установка ВНИИВВиМ Ш Резервуар гидропоникума
Рис. 2. Результаты исследований сточных вод на наличие яиц гельминтов
bricoideus сем. Ascarididae, Taenia solium сем. Taeniidae, Strongyloides stercoralis сем. Strongyloididae. При этом Taenia solium, Ascaris lumbricoideus, Enterobius vermecularis обнаружены во всех пробах без исключения.
Попытки оценить состояние организмов показали, что большинство из них после термического обеззараживателя гидропоникума деформируются, то есть они имеют повреждения на наружной и внутренней оболочке, наблюдается свёртываемость белковой структуры, и может означать, что они теряют инвазивность. 2,5% яиц не имеют признаков повреждения структуры, а значит обеззараживание не достигнуто в полной мере.
Суть разработанной технологии, оценку которой производили, состоит в следующем, устанавливался сборный резервуар, являющийся питомником для культивирования микрофлоры, в который попадают возвратные сточные воды (после орошения растений), содержащие воздушные микроорганизмы животноводческого помещения.
Технологическая схема по обработке навозных сточных вод была видоизменена (рис. 3), так как в водохозяйственной системе гидропоникума наблюдалось скопление микроорганизмов. Накопление микрофлоры происходило, поскольку рост микробной массы происходит очень быстро, колонии разрастаются, и это объясняет большое её накопление в составе питательного субстрата.
В 1 варианте не предусмотрен обратный сброс в резервуар гидропоникума питательного субстрата, он напрямую после отработки направляется в растильные ванны, то есть осуществляется одноразовая его подача.
При работе по 2 варианту осуществляется 1 или 2 кратный полив через резервуар гидропоникума за счёт не использованных полностью стоков. В таком случае корневая система полностью погружена в сточные воды. Такой вариант возможен при условии наличия больших площадей для растильных ванн.
Далее с целью достижения необходимой степени обеззараживания, после трёхдневного выдерживания сточные воды собирают в отдельном резервуаре и только после этого их подают в растильные ванны до необходимого уровня. Корни растений выдерживаются в обеззараженных (условно чистых) водах 10 минут, далее, проходят через фильтр и отправляются обратно в первичный отстойник для кондиционирования. За счёт этого происходит очистка от патогенных организмов с получением зеленой массы.
Подводя итог, можно сделать вывод, что разработанная система гидропо-никума является замкнутой, она достаточно эффективно позволяет добиться не-
Рис. 3. Откорректированная схема технологии подготовки и утилизации сточных вод животноводческих комплексов:
А и В - сточные воды; 1 - навозособирающий канал; 2 - первичный отстойник; 3 - резервуар-усреднитель; 4 - биостабилизатор навозосодержащих сточных вод; 5 - резервуар; 6 - обеззараживающая установка; 7 - резервуар для сбора обеззараженных вод; 8 - гидропонная установка; 9 - измельчитель кормов;
10 - бункер-накопитель; 11 - пресс; 12 - бурты; 13 - насосы
обходимой степени обеззараживания сточных вод животноводческих комплексов по микробиологическим и гельминтологическим показателям.
Работы по проверке технологии подготовки и утилизации сточных вод в производственных условиях проводились коллективом авторов в рамках выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на опытно-производственной установке комплекса ОПХ «Свердловское» Свердловской области.
Библиографический список
1. Бочарова, А. А. Необходимость разработки системы технологических решений переработки отходов агропромышленного комплекса / А. А. Бочарова, В. В. Пунегова, О. В. Ковалева. - Текст : непосредственный // Мир инноваций. -2022. - № 2. - С. 31-36.
2. Способ расчета оптимальных размеров и режима работы вторичного отстойника в технологии биологической очистки сточных вод / А. А. Денисов, А. В. Розаева, Л. А. Шаманова [и др.]. - Текст : непосредственный // Вестник Технологического университета. - 2016. - Т. 19. - № 3. - С. 101-104.
3. Ильясов, О. Р. Биозащита водоисточников на сельскохозяйственных водосборах от загрязнения стоками птицеводческих предприятий : специальность 03.00.16 «Экология» : диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук / Ильясов Олег Рашитович ; Уральская государственная сельскохозяйственная академия. - Екатеринбург, 2004. - 272 с. - Библиогр.: с. 196-235. -- Текст : непосредственный.
4. Ильясов, О.Р. Перспективы использования методов экобиозащиты открытых водоисточников от воздействия сточных вод птицеводческих комплексов / О. Р. Ильясов, О. П. Неверова, Е. В. Печура. - Текст : непосредственный // Аграрный вестник Урала. - 2012. - № 4 (96). - С. 47-49.
5. Ильясов, О. Р. Совершенствование биотехнологии очистки сточных вод с животноводческих и птицеводческих предприятий / О. Р. Ильясов, С. Н. Коше-лев, В. С. Хомякова, О. А Шерстюченко. - Текст : непосредственный // Главный зоотехник. - 2020. - № 9. - С. 13-19.
6. Ковалева, О. В. Влияние биопрепаратов на состав осадка сточных вод мо-локоперерабатывающих предприятий / О. В. Ковалева, Н. М. Костомахин, Е. Я. Лебедько. - Текст : непосредственный // Аграрная наука. - 2020. - № 5. - С. 98-101.
7. Ковалева, О В. Оценка возможности использования донных отложений прудов-накопителей для рекультивации техногенно нарушенных почв / О. В. Ковалева. - Текст : непосредственный // Агропродовольственная политика России.
- 2021. - № 1-2. - С. 2-5.
8. Инновационные технологии в очистке городских и промышленных сточных вод / М. И. Круглова, О. В. Анисина, С. А. Гринь [и др.]. - Текст : непосредственный // Ветеринария и кормление. - 2019. - № 5. - С. 42-43. - DOI 10.30917/ ATT-VK-1814-9588-2019-5-17.
9. Состояние и перспективы развития животноводства Тюменского региона / Н. М. Костомахин, М. Г. Волынкина, О. В. Ковалева [и др.]. - Текст : непосредственный // Молочное и мясное скотоводство. - 2019. - № 1. - С. 9-13.
10. Судаков, В. Г. Очистка пометосодержащих стоков птицеводческих комплексов / В. Г. Судаков, О. Р. Ильясов. - Текст : непосредственный // Зоотехния.
- 2005. - № 6. - С. 27-30.
11. Kovaleva, O. Microbiological treatment system of storage ponds / O. Kovaleva, N. Sannikova. - Text : unmediated // E3S Web of Conferences : Innovative Technologies in Environmental Science and Education, ITESE 2019, Divnomorskoe Village, September 09-14, 2019. Vol. 135. - Divnomorskoe Village : EDP Sciences, 2019. - P. 01007. - DOI 10.1051/e3sconf/201913501007.
12. Шаравьев, П. В. Биоиндикация состояния водных экосистем в зоне птицефабрик / П. В. Шаравьев, О. П. Неверова, О. Р. Ильясов, И. А. Шкуратова. - Текст : непосредственный // Аграрный вестник Урала. - 2013. - № 4 (110). - С. 67-69.
13. Natural reserves of diatomite are as a component of organomineral fertilizers based on chicken manure / N. Sannikova, O. Shulepova, A. Bocharova [et al.]. - Text : unmediated // IOP Conference Series : Earth and Environmental Science, Ussurijsk, June 20-21, 2021. - Ussurijsk, 2021. - P. 032093. - DOI 10.1088/1755-1315/937/3/032093.
References
1. Bocharova, A. A. Neobhodimost' razrabotki sistemy tekhnologicheskih reshenij pererabotki othodov agropromyshlennogo kompleksa / A. A. Bocharova, V. V. Punegova, O. V. Kovaleva. - Tekst : neposredstvennyj // Mir innovacij. - 2022. - № 2. - S. 31-36.
2. Sposob rascheta optimal'nyh razmerov i rezhima raboty vtorichnogo otstojnika v tekhnologii biologicheskoj ochistki stochnyh vod / A. A. Denisov, A. V. Rozaeva, L. A. SHamanova [i dr.]. - Tekst : neposredstvennyj // Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta. - 2016. - T. 19. - № 3. - S. 101-104.
3. Il'yasov, O. R. Biozashchita vodoistochnikov na sel'skohozyajstvennyh vodosborah ot zagryazneniya stokami pticevodcheskih predpriyatij : special'nost' 03.00.16 «Ekologiya» : dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni doktora biologicheskih nauk / Il'yasov Oleg Rashitovich ; Ural'skaya gosudarstvennaya sel'skohozyajstvennaya akademiya. - Ekaterinburg, 2004. - 272 s. - Bibliogr.: s. 196-235. — Tekst : neposredstvennyj.
4. Il'yasov, O.R. Perspektivy ispol'zovaniya metodov ekobiozashchity otkrytyh vodoistochnikov ot vozdejstviya stochnyh vod pticevodcheskih kompleksov / O. R. Il'yasov, O. P. Neverova, E. V. Pechura. - Tekst : neposredstvennyj // Agrarnyj vestnik Urala. - 2012. - № 4 (96). - S. 47-49.
5. Il'yasov, O. R. Sovershenstvovanie biotekhnologii ochistki stochnyh vod s zhivotnovodcheskih i pticevodcheskih predpriyatij / O. R. Il'yasov, S. N. Koshelev, V. S. Ho-myakova, O. A SHerstyuchenko. - Tekst : neposredstvennyj // Glavnyj zootekhnik.
- 2020. - № 9. - S. 13-19.
6. Kovaleva, O. V. Vliyanie biopreparatov na sostav osadka stochnyh vod moloko-pererabatyvayushchih predpriyatij / O. V. Kovaleva, N. M. Kostomahin, E. YA. Lebed'ko.
- Tekst : neposredstvennyj // Agrarnaya nauka. - 2020. - № 5. - S. 98-101.
7. Kovaleva, O V. Ocenka vozmozhnosti ispol'zovaniya donnyh otlozhenij prudov-nakopitelej dlya rekul'tivacii tekhnogenno narushennyh pochv / O. V. Kovaleva. - Tekst : neposredstvennyj // Agroprodovol'stvennaya politika Rossii. - 2021. - № 1-2. - S. 2-5.
8. Innovacionnye tekhnologii v ochistke gorodskih i promyshlennyh stochnyh vod / M. I. Kruglova, O. V. Anisina, S. A. Grin' [i dr.]. - Tekst : neposredstvennyj // Veterinariya i kormlenie. - 2019. - № 5. - S. 42-43. - DOI 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2019-5-17.
9. Sostoyanie i perspektivy razvitiya zhivotnovodstva Tyumenskogo regiona / N. M. Kostomahin, M. G. Volynkina, O. V. Kovaleva [i dr.]. - Tekst : neposredstvennyj // Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. - 2019. - № 1. - S. 9-13.
10. Sudakov, V. G. Ochistka pometosoderzhashchih stokov pticevodcheskih komp-leksov / V. G. Sudakov, O. R. Il'yasov. - Tekst : neposredstvennyj // Zootekhniya. -2005. - № 6. - S. 27-30.
11. Kovaleva, O. Microbiological treatment system of storage ponds / O. Kovaleva, N. Sannikova. - Text : unmediated // E3S Web of Conferences : Innovative Technologies in Environmental Science and Education, ITESE 2019, Divnomorskoe Village, September 09-14, 2019. Vol. 135. - Divnomorskoe Village : EDP Sciences, 2019. - P. 01007. - DOI 10.1051/e3sconf/201913501007.
12. Sharav'ev, P. V. Bioindikaciya sostoyaniya vodnyh ekosistem v zone pticefabrik / P. V. SHarav'ev, O. P. Neverova, O. R. Il'yasov, I. A. SHkuratova. - Tekst : neposredstvennyj // Agrarnyj vestnik Urala. - 2013. - № 4 (110). - S. 67-69.
13. Natural reserves of diatomite are as a component of organomineral fertilizers based on chicken manure / N. Sannikova, O. Shulepova, A. Bocharova [et al.]. - Text : unmediated // IOP Conference Series : Earth and Environmental Science, Ussurijsk, June 20-21, 2021. - Ussurijsk, 2021. - P. 032093. - DOI 10.1088/1755-1315/937/3/032093.
ILYASOV Oleg Rashitovich
Associate Professor of Technosphere Safety Department Federal state budgetary educational institution of higher education Urals state agricultural university E-mail: ilyasov3@rambler.ru
KOVALEVA Olga Viktorovna
Associate Professor, Department of Ecology and Environmental Management, Northern Trans-Ural State Agricultural University E-mail: kovalevaov@gausz.ru
ROGOZINNIKOVA Irina Viktorovna
Deputy Dean Department Federal state budgetary educational institution of higher education Urals state agricultural university E-mail : rogozinnikova.irina@yandex.ru
CHEPUSHTANOVA Olga Viktorovna
Deputy Dean Department Federal state budgetary educational institution of higher education Urals state agricultural university E-mail: ilyasov3@rambler.ru
