Опыт переработки органических отходов в Республике Казахстан с помощью вермикультуры

В настоящее время одной из основных проблем Республики Казахстан является проблема накопления огромного количества отходов, как производства, так и потребления, многие из которых являются опасными, наносят огромный ущерб окружающей среде и здоровью населения.

В среднем городской житель ежегодно производит 300-340 килограммов различных бытовых отходов. Большой ущерб окружающей среде наносят органические отходы (пищевые отходы, отходы садоводства и пр.). Попадая на полигон в составе твердых бытовых отходов, они выделяют свалочный газ, в том числе горючий метан, который приводит к пожарам и взрывам на полигонах, а также его парниковый эффект выше углекислого газа в 24 раза. 

Совокупный объем накопленных в Казахстане твердых бытовых отходов (ТБО) составляет порядка 100 миллионов тонн. Ежегодно образуется около 5–6 миллионов тонн ТБО дополнительно. При этом на данный момент большинство отходов вывозят на полигоны без сортировки. Количество полигонов растет, всего их в Казахстане около 4 тысяч, включая стихийные свалки [1].

Согласно Экологическому Кодексу Республики Казахстан (подпункт 3 статьи 292)  местные исполнительные органы обеспечивают соблюдение экологических требований при обращении с коммунальными отходами путем стимулирования раздельного сбора органических отходов и их использования. Также в соответствие с требованиями статьи 301 Экологического Кодекса РК с 1 января 2019 года в Казахстане запрещается принимать для размещения на полигонах пищевые отходы. Местные исполнительные органы должны организовать мероприятия по сокращению захоронения биологически разлагаемых отходов, включая меры по их рециклингу, компостированию, производству биогаза и (или) использованию в целях производства продукции или энергии. 

На сегодняшний день в Казахстане, некоторая доля пищевых отходов, образующихся в частных домовладениях и пунктах общественного питания,  отделяется и используется для корма животных, а также для приготовления компоста в домашних условиях. Однако значительная часть органических отходов в составе ТБО продолжает попадать на полигоны.

Таким образом, актуальным направлением развития отрасли управления отходами в Казахстане становится утилизация и переработка органических отходов. На сегодняшний день существуют различные технологии утилизации и переработки органических отходов, в числе которых: получение биогаза, сжигание с рекуперацией энергии, компостирование и другие.

Одним из эффективных способов утилизации органических отходов является использование вермикультуры, что означает разведение дождевых червей на специальных фермах.

По мнению экспертов вермикультура может стать серьезным шагом не только к переходу к «зеленой» экономике, но и поможет решить вопросы с утилизацией отходов. Вермикультура считается одним из перспективных направлений для утилизации органических отходов. Переработка органических отходов червями – это процесс более естественный, в отличие от, например, сжигания ТБО и относительно низкозатратный способ. 

Дождевые черви в несколько раз ускоряют разложение органического вещества и позволяют переработать органические отходы в гумусированное удобрение. Второй частью получаемого в итоге продукта является биомасса дождевых червей, которую можно с успехом использовать в качестве белковой добавки к кормам животных, а также в качестве биологического сырья. В ходе такой переработки не только утилизируются отходы, но и получается полезный продукт – биогумус, который используется как основное органическое удобрение при посадке, подкормке в растениеводстве, для приготовления почвогрунтов для обратной засыпки при жилищном, промышленном и дорожном строительстве, при рекультивации почв.

Первые хозяйства вермикультуры были созданы в конце 40-х годах в США. В настоящее время разведение вермикультуры распространено в странах Западной Европы, в странах Восточной Европы, таких как Венгрия и Польша, а также в США, Японии и странах юго-восточной Азии. В этих странах работает много мелких, а также средних предприятий, которые производят дождевых червей для рыболовства, для корма домашних животных, а также в качестве органического удобрения «вермикомпост» [2].

На основе вермикультуры в настоящее время активно применяется вермикомпостирование -  биологический способ утилизации органических отходов дождевыми червями. Для этих целей обычно используют червя Eisenia foetida или промышленные линии этого вида. Он характеризуется высокой скоростью роста, плодовитостью (в определенных условиях потомство составляет 1500 особей в год), высокой продолжительностью жизни (до 16 лет). Биомасса одной половозрелой особи колеблется от 650 мг до 1 г. В условиях вермикультуры 1 червь откладывает до 70 коконов в год, из каждого выводятся от 2 до 20 потомков. Через 3 месяца молодь этого вида становится половозрелой [3]. 

В Казахстане накоплен определенный опыт разведения дождевых червей и использования вермикультуры для переработки органических отходов. В 2014 году создан казахстанско-российский Консорциум по развитию сети ферм по разведению технологических дождевых червей «Старатель» с целью оказания содействия производителям продукции органического сельского хозяйства. Задачами Консорциума являются:

• организация в Республике Казахстан центров обучения,
• проведение работ по гармонизации российских стандартов и технических условий в Республике Казахстан, 
• консультации по бизнесу Вермикультура,
• поставка технологических дождевых червей для создания маточного поголовья в Республике Казахстан,
• проведение работ по пропаганде развития вермикультуры и др.

Интерес представляет проект внедрения вермикультуры компанией ТОО «ИЛИН». ТОО «ИЛИН» - субъект малого предпринимательства, работающий в сфере обращения с отходами, отвечающий за эксплуатацию и содержание полигона твердых бытовых отходов города Лисаковск Костанайской области с 1998 года. Компания применяет в своей работе траншейно-картовый метод захоронения ТБО, что позволяет значительно снизить нагрузку на окружающую среду. Благодаря инновационной политике руководства, городской полигон является одним из немногих полигонов в Костанайской области, который отвечает экологическим и санитарным нормам.

Основным видом деятельности Лисаковского полигона является приём, переработка, размещение (хранение) и захоронение отходов производства и потребления. 

В этих целях на полигоне внедряется  технология по переработке органических отходов с помощью Eisenia foetida - красного калифорнийского червя. Задачами данной технологии является исследование процесса деструкции твёрдых бытовых отходов с помощью культуры красных калифорнийских червей с применением траншейной технологии, а также создание производственного участка по переработке органики червем на городском полигоне ТБО.

Учёными было доказано, что дождевым червям и почвенной микрофлоре принадлежит главная роль в разложении органических веществ, попавших в почву, в обогащении ее гумусом и всеми другими элементами питания растений, поднимаемыми из глубинных слоев земли корневой системой. Эти животные являются главными «улучшателями» почвы, и функция их никем и ничем не может быть компенсирована полностью. Наличие червей в почве — показатель ее плодородия и здоровья. Естественно, этот показатель напрямую связан с количеством органического вещества, попадающего в почву.

Красный калифорнийский червь отличается от своих диких сородичей - дождевых червей более высокой плодовитостью (более чем в 100 раз)  и продолжительностью жизни (в 4 раза). Селекционеры генетически запрограммировали червя на круглосуточную переработку отходов с высоким коэффициентом полезного действия (40 % потребляемой пищи расходуется в процессе жизнедеятельности, а 60 % после переваривания выделяется в виде экскрементов - копролитов, т. е. продуцируемого биогумуса). Красный калифорнийский червь способен перерабатывать все виды органики [4]. 

Черви участвуют в сложнейших и многоэтапных процессах разложения органических остатков в почве и превращении их в доступные для растений формы. В пищеварительном тракте червей не переваренные остатки пищи перемешиваются с минеральными частицами, склеиваются слизистыми выделениями стенок кишечника и выбрасываются в виде, так называемых копролитов – которые представляют собой большое количество собственной кишечной микрофлоры, биологически активных веществ, ферментов, витаминов. Всё это обладает антибиотическими свойствами, что препятствует развитию болезнетворной микрофлоры, подавляет гнилостные процессы, устраняет выделение зловонных газов. Обеззараживается и обезвреживается почва. Она приобретает приятный запах земли, хорошие физические свойства, то есть становится гранулированной, водопроницаемой, воздухопроводной, сыпучей и плодородной. При переваривании мёртвых органических отходов растительного и животного происхождения образуются гуминовые вещества, комплексные соединения с минеральными компонентами почвы – гуматы. Копролиты в почве являются центрами микробиологической активности.

Внедрение технологии по переработке органических отходов с помощью красного калифорнийского червя позволяет решить проблему восстановления плодородия почвы полигона ТБО, которая в значительной мере связана с поддержанием оптимального гумусного режима. Биогумус, полученный из выделений червей, является отличным удобрением, характеризуется отсутствием патогенных микроорганизмов, удерживает в почве влагу. Кроме того, благодаря наличию биостимуляторов (концентрация кальция и магния возрастает в 2 раза, фосфора в 7 раз, калия - в 10, содержание гуминовых кислот увеличивается в несколько раз), оказывает стимулирующее действие на растения.

Биогумус представляет собой соли гуминовой кислоты. Они и есть прамолекулы (начальные молекулы) гумуса, которые при попадании в почву сразу начинают поглощать имеющиеся в почве загрязнители (почвенные ионы, газообразные загрязнители), включая в свой состав и поглощая при этом огромное количества тепла.

Как следствие, вокруг молекулы биогумуса образуется вакуум за счёт тысячекратного уменьшения объёма газов при переходе из газообразного состояния в твёрдое. В вакуум устремляется атмосферный воздух, принося тепло и загрязнители, и процесс повторяется до бесконечности. Водяные пары, попавшие в почву из атмосферного воздуха, достигают точки росы и конденсируются, образуя подпочвенный дождь и ускоряя рост молекулы гумуса. При этом объём паров уменьшается тысячекратно, вновь создавая вакуум. Наконец, не поглощенные охлаждённые газы вытесняются вновь поступившими газами.

Вермикомпост – это вещество способное самовоспроизводиться, и чем выше температура, тем быстрее. Внесение его в почву даже в небольших количествах способствует образованию и стремительному росту новых молекул гумуса. Таким образом, поле с большим содержанием гумуса постоянно «вдыхает» горячий загрязнённый воздух и «выдыхает» холодный чистый. Качественно массообмен и теплообмен пропорциональны количеству биогумуса в почве. Поэтому на полях, с большим содержанием биогумуса, никогда не бывает засухи даже в условиях нехватки влаги. 

Как уже упоминалось, целью внедрения технологии по переработке органических отходов с помощью красного калифорнийского червя является уменьшение  объёмов поступивших  твёрдых бытовых отходов, а также восстановление загрязнённых земель и возвращение их в оборот. Деструкция твёрдых бытовых отходов на полигоне осуществляется с применением траншейной технологии. Технология включает образование траншеи в верхнем слое свалки, ее заполнение пищевыми и органическими отходами, укрывание пленкой и внесение в субстрат адаптированной культуры красного калифорнийского червя (далее - ККЧ).

Порядок работы следующий:

1. Экскаватором готовится траншея глубиной 2  метра, шириной 2 метра и 2 метра длиной, для оборудования инкубатора по размножению ККЧ.
2. Дно инкубатора выстилается соломой и листвой на глубину 0,5 метра.
3. На полученную подстилку производится отсадка племенного поголовья ККЧ и оставшаяся часть заполняется органическими отходами.
4. В течение месяца, согласно графику, производится увлажнение, прокалывание, рыхление отходов в инкубаторе с добавлением нового слоя отходов.  
5. По истечении месяца производится отсадка партии ККЧ непосредственно в рабочую траншею, где размещены отходы, подлежащие переработке. Для этого отходы, поступившие на полигон,  после сортировки  выгружаются на рабочую площадку перед траншеей и измельчается.
6. Затем часть отходов  сталкивается на дно траншеи и разравнивается.
7. ККЧ, изъятый из инкубатора, перемещается в рабочую траншею и покрывается изоляционным грунтом.

Траншея используется 6 месяцев (более благоприятный период для активной работы калифорнийского червя). При наступлении холодного периода времени года, как правило, при температуре +5°C на глубине менее 2 метров калифорнийские черви освобождают кишечник и не питаются. Они уходят в более глубокие слои почвы и впадают «в спячку». Весной черви просыпаются за 1,5-2 недели до оттаивания почвы (исчезновения мерзлого слоя). Особенностью калифорнийского червя является стадный образ жизни, что характеризуется сходством их потребностей. Черви живут там, где есть еда, влажность, кислород и благоприятная температура. Если этого нет в одном месте, они уходят в другое. 

Траншея остается рабочей до мая следующего года. В следующем году разрабатывается траншея бόльшего объёма, поскольку популяция особей  калифорнийского червя на порядок возрастет. Готовится субстрат и заполняется новая траншея ранее упомянутым методом.  Переход из одной траншеи в другую калифорнийским  червем будет происходить самостоятельно [5].

Подсчитав степень увеличения популяции калифорнийского червя, разработчики проекта (ТОО «ИЛИН») пришли к выводу, что через пять лет  площадь восстановленных, готовых к возврату в оборот земель, будет составлять порядка 1,5 га. Благодаря использованию технологии вермикультуры, ТОО «ИЛИН» смогли значительно продлить срок эксплуатации полигона. 

Реализация данного проекта компанией ТОО «ИЛИН» показала его жизнеспособность в Казахстане, возможность переработки органических отходов с наименьшими экономическими затратами, уменьшения нагрузки на окружающую среду, продление сроков эксплуатации полигонов  ТБО, а также ускорение процесса возвращения в оборот плодородных земель. Применение данной технологии на полигоне ТБО г.Лисаковска в Костанайской области подчеркнуло, что проблема утилизации и переработки органических отходов в Казахстане и других странах может быть эффективно решена применением вермикультуры. Распространение технологии по переработке органических отходов с помощью красного калифорнийского червя в Казахстане и других странах позволит снизить объемы ТБО, поступающие на полигоны и предотвратить строительство новых полигонов, а также снизить выбросы парниковых газов вследствие предотвращения эмиссий метана в окружающую среду.   

Анисимова Н.М.
специалист Центра «Содействие устойчивому развитию Республики Казахстан», 
Душкина Ю.Н.
ведущий специалист Центра «Содействие устойчивому развитию Республики Казахстан», 
Мустафина В.В.
директор Центра «Содействие устойчивому развитию Республики Казахстан», исполнительный директор Казахстанской Ассоциации по управлению отходами «KazWaste»

Литература:

1. Операция “Утилизация”. Как в Казахстане решить проблему отходов. [Электронный ресурс] URL: https://www.caravan.kz/gazeta/operaciy ... problemu-otkhodov-395062/  04.04.2018 г.
2. В Казахстане предлагают развивать вермикультуру. [Электронный ресурс] URL:
3. https://www.zakon.kz/4621366-v-kazakhs ... predlagajut-razvivat.html 04.04.2018 г.
4. Игонин А. М. Дождевые черви. Ковров, 2002. 189 с. 
5. Вермикультура. Свойства, структура, виды. [Электронный ресурс] URL: http://studbooks.net/1247275/ekologiy ... a_kaliforniyskogo_chervya 04.04.2018 г.
6. Материалы ТОО «ИЛИН» г.Лисаковск, РК.