Разработка технологии биодеградации отходов лесопиления в условиях Карелии

Аннотация. Решить проблему накопления вредных для окружающей среды отходов возможно применяя различные методы, разработанные экологической биотехнологией - междисциплинарной отраслью биотехнологии, использующей живые организмы, принадлежащие различным таксономическим группам с целью защиты окружающей среды.
Ключевые слова: биодеградация, опилки, разложение, вермикомпост, культивация.

Любое вмешательство в природную систему влечет за собой неблагоприятные последствия, как в масштабах всей планеты, так на локальном уровне. Благодаря круговороту веществ обеспечивается планомерная утилизация всех органических отходов и вовлечение продуктов распада в новые жизненные процессы. Это касается и биологических отходов, которые не только несут опасность для окружающей среды, но и представляют собой риск распространения инфекций, опасных для человека. По этой причине необходимо утилизировать биоотходы для существенной минимизации рисков для окружающей среды и человека. В настоящее время разработано очень большое количество технологий переработки таких отходов и использование той или иной технологии зависит в каждом конкретном случае от состава отходов и их количества.

Отходы лесопиления, к которым, в частности, относятся опилки, составляют комплекс крупнотоннажных биологических отходов. Их утилизация может представлять интерес для внедрения перспективных биотехнологий переработки растительного лигнинсодержащего сырья.

В Карелии опилки составляют наиболее значительную по объёму группу отходов лесопиления. Основным способом переработки этого типа отходов в республике является использование их в качестве сырья для изготовления топливных брикетов, гранул (пеллеты), в строительстве, в качестве топлива для работы котельных и т.п. По своему исходному составу в основном представлены опилки хвойных пород деревьев. Большая же часть опилок, из всего объёма отходов лесопиления, к сожалению, никак не утилизируется. В большинстве случаев опилки просто складируются под открытым небом на открытых участках без всякой подготовки для их хранения. Это приводит к загрязнению окружающей среды в данных районах токсическими продуктами разложения древесной биомассы. Так как это в основном хвойные опилки, то процесс их разложения, из-за их биохимического состава (высокое содержание лигнина и смол), затягивается на годы. Полнота разложения опилок детерминируется ещё и специфическими климатическими условиями Карелии - низкая среднегодовая температура воздуха, что ещё более замедляет процессы их естественного разложения.

Решить проблему накопления вредных для окружающей среды отходов возможно применяя различные методы, разработанные экологической биотехнологией - междисциплинарной отраслью биотехнологии, использующей живые организмы, принадлежащие различным таксономическим группам с целью защиты окружающей среды. Методы экологической биотехнологии обеспечивают более эффективное по сравнению с традиционными подходами обезвреживание разнообразных токсических отходов, а также значительно снижают нашу зависимость от таких методов утилизации мусора как сжигание и создание хранилищ токсических отходов.
В ходе стажировки на курсе микробиологии медицинского института ПетрГУ была разработана и частично апробирована модульная технология биодеградации отходов лесопиления (опилки хвойных пород) и способы её интеграции в существующую производственную схему утилизации растительных лигнинсодержащих отходов.

Для создания технологии разработана блочная схема. В блоках используются следующие участники: вермикультура, ксилотрофные грибы, штаммы бактерий, эффективные группы микроорганизмов.

Рис. 1. Блок-схема технологии биодеградации отходов лесопиления.
На входе имеется некий субстрат (отходы лесопиления). Этот субстрат подвергается обработке ультразвуком и заселяется лигнинразрушающими грибами (побочным продуктом будут плодовые тела грибов, которые можно будет использовать в пищевой промышленности). Далее обогащенный биоактивными веществами субстрат заселяется вермикультурой (процесс вермикомпостирования). На выходе получается субстрат готовый для использования в лесном и сельском хозяйстве.

За последние десятилетия в нашей стране и за рубежом было опубликовано множество научных трудов, касающихся проблемы утилизации древесных отходов деревообрабатывающей и лесохимической промышленности. Обобщение литературного материала показало, что до сих пор не существует универсального способа решения этой проблемы. Среди предложенных вариантов наиболее экологически оправданы методы, позволяющие использовать древесные отходы, в той или иной мере модифицированные, в виде удобрения. Нет достаточно универсального метода, позволяющего быстро переработать большое количество имеющихся отходов. Существующие методики либо обладают определенными недостатками, либо их невозможно воспроизвести в других условиях. Например, длительный срок компостирования не подходит для сибирских регионов, так как отрицательные температуры окружающего воздуха замедляют процесс компостирования. Методики, применяемые для оценки зрелости компостов, специфичны, и поэтому не дают четких результатов при перенесении их с субстрата на субстрат. В литературе не обсуждаются вопросы управления процессом компостирования, вклада участвующих в работе микроорганизмов и вклада компонентов готового компоста в общий эффект удобрения. Все эти задачи требуют своего решения для понимания происходящих при компостировании процессов и целенаправленного получения конечного продукта с прогнозируемыми свойствами. Разработанные нами способы ускоренного компостирования лигноцеллюлозных отходов дают возможность создания ценного продукта - компоста, эффективность которого показана в полевых опытах на различных сельскохозяйственных культурах. Компостирование вторичного лигноцеллюлозного сырья позволит решить проблему утилизации крупнотоннажных отходов и восполнить недостаток органических удобрений в сельском и лесном хозяйствах. Побочными продуктами такого производства будут плодовые тела грибов, которые можно будет использовать в пищевой промышленности, а так же корма для аквакультуры получаемые при вермикомпостировании.

Список литературы
1. Павлов Ф.И. Выращивание грибов на промышленной основе. М.: Россельхозиздат, 1987. – 46с.
2. Добровольский Г.В. Экология почв. Учение об экологических функциях почв; МГУ, 2006,-362
3. Селибера Г.Л. Большой практикум по микробиологии/ Г.Л.Селибера.-Москва, «Высшая школа»1962;490.
4. Заикина Н.В. Основы биотехнологии высших грибов: учеб. пособие для студ. обуч. по напр. Биология / Н.В. Заикина. - М.: Проспект науки, 2007. - 336 с.
5. Глик Б. Молекулярная биотехнология Принципы и применение: пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернал. - М.: Мир, 2002. - 589 с.

В. М. Прокопюк