Экологические проблемы птицефабрик России и роль биотехнологии в переработке органических отходов

Проблема надежной защиты окружающей природной среды от загрязнения птичьим пометом, сточными водами и непищевыми отходами птицепереработки, является в настоящее время актуальной практически для всех птицеводческих хозяйств Российской Федерации.
Складывающаяся негативная тенденция может привести в самой ближайшей перспективе к экологической катастрофе хозяйств с непредсказуемыми отрицательными последствиями для жителей населенных пунктов, к гибели флоры и фауны не только птицеводческих, но и соседних территорий, вполне реально возникновение инфекционных и инвазионных болезней у людей, животных и птицы.
К сожалению, огромные количества пометной массы по целому ряду причин, накапливаемые вблизи птицеводческих хозяйств, стали объектом пристального внимания природоохранных и надзорных органов. Практически все птицефабрики РФ оказались в сложной экологической ситуации, так как накапливаемый птичий помет стал серьезным источником загрязнения окружающей природной среды, потому что для утилизации (под словом утилизация понимается не уничтожение, а использование с выгодой) таких объемов птичьего помета птицеводческие хозяйства сегодня не располагают даже самыми простейшими комплектами оборудования. В конечном итоге это привело к тому, что во всех регионах РФ птицефабрики превращаются в источники загрязнения окружающей среды, так как многолетние накапливания помета являются причиной распространения инфекционных болезней, отчуждаются из оборота плодородные пахотные земли, образуются территории без признаков жизни фауны и флоры. Вполне естественно, что такое состояние дел стало настораживать природоохранные и надзорные органы. Птицефабрикам стали предъявлять серьезные штрафные санкции за размещение так называемого опасного отхода.
Исследования микробиологического состава птичьего помета, поступающего из клеточных батарей в зону хранения или переработки, показали, что в пробах помета от 4–5-дневных цыплят были выделены культуры Pr. vulgaris, E. coli – 5 штаммов. Е. coli оказались непатогенными для белых мышей, а у 4 обнаружен адгезивный антиген F41. Из помета цыплят в возрасте 9–11 дней, наряду с протеем и кишечной палочкой, была выявлена другая микрофлора из семейства Enterobacterioceae: agglomtrans и Serratia rubiaac по 5 культур; в 19 пробах обнаружены Xenorhabitus hematopilus, а в 14 – Stars lentus. Все выделенные культуры для белых мышей были непатогенны.
В помете от взрослой птицы были выделены культуры кишечной палочки, у 17 – обнаружен адгезивный антиген F43, характерный для патогенных штаммов.
На одной из птицефабрик при бактериологических исследованиях птичьего помета в 19 пробах была обнаружена непатогенная кишечная палочка Xenorhabitus hemtopils, и в 1 пробе – Proteus vulgaris, а из 7 проб 118-дневной птицы – в 6 случаях – по 3 от птицы 211 - и 270-дневного возраста – выделены сальмонеллы, которые при серологической типизации отнесены к группе С2: S Bovis morbificans 08, 06, Hr, H21 H2 S. В групповых пробах помета от птиц двух птицефабрик было выделено 8 культур Enteritidis. Культуры сальмонелл были вирулентны для 7-дневных развивающихся куриных эмбрионов и для 7 подопытных бройлеров при их заражении внутривенно и внутримышечно. Следовательно, из помета цыплят и кур всех возрастов выделяется как нормальная, непатогенная микрофлора, так и отдельные виды патогенной микрофлоры, в частности, протей, кишечная палочка (F43) и сальмонелла.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) навоз, помет и сточные воды животноводческих и птицеводческих предприятий, являющиеся основными сырьевыми компонентами для производства органических удобрений, могут быть фактором передачи более 100 возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, в том числе зоонозов. К тому же, сами органические отходы могут служить благоприятной средой для развития и длительной выживаемости патогенной микрофлоры, содержать повышенные количества тяжелых металлов, пестицидов, медикаментозных препаратов, радиоактивных веществ, семян сорных растений и других загрязнений.
Практика работы многих птицеводческих хозяйств свидетельствует, что поступающий из птичников помет в значительных количествах контаминирован возбудителями инфекционных болезней, в том числе опасных для человека. В 1,0 мл помета содержится до 103 микробных клеток, возбудителей коли-паратифозных инфекций и других патогенных бактерий, вирусов и грибов.
Характер эпизоотического процесса в условиях интенсивного ведения птицеводства отличается тем, что даже слабовирулентная и условно-патогенная микрофлора в результате рециркуляции и частых пассажей способна повышать вирулентные свойства и создавать серьезную эпизоотическую и эпидемиологическую угрозу. Другой, не менее важной особенностью является то, что патогенная микрофлора длительное время способна сохранять жизнеспособность, особенно в органических отходах птицефабрик. Так, например, возбудители сальмонеллеза и колибактериоза сохраняют жизнеспособность в помете в течение 12 месяцев, возбудителей туберкулеза – 18 месяцев.
Поэтому при разработках высокоэффективных технологий по утилизации отходов птицефабрик особое значение придается выполнению таких требований как:
создание условий по выполнению ветеринарно-санитарных требований;
получение высококачественной и экологически безопасной побочной продукции, обеспечение надежной защиты окружающей природной среды от загрязнения побочными продуктами переработки отходов.
Масштабное загрязнение окружающей среды практически во всех регионах России вполне естественно вызвала серьезную тревогу природоохранных органов за санитарное благополучий территорий, где функционируют птицеводческие предприятия. Многочисленные жалобы населения об ухудшении природной среды, - все это не могло остаться без внимания надзорных органов, которые стали предъявлять к птицефабрикам не только предписания, но и ощутимые штрафные санкции за накапливание больших объемов птичьего помета.
Естественно, что после предъявления предупреждений, стали возникать серьезные споры о птичьем помете. Что это? Отход или ценное органическое сырье. От окончательного заключения, куда мы его отнесем, будет зависеть дальнейшее экономические и экологические показатели любой птицефабрики.
Условно, в разряд отходов птицеводческих хозяйств можно отнести птичий помет, сточные воды, непищевые продукты убойных цехов, павшую птицу, пух и перо. Но прежде чем приступить к анализу состояния дел, имеющих прямое отношение к отходам, вначале следует определиться с базовыми понятиями: основная продукция; побочные продукты; отходы производства – используемые и неиспользуемые, возвратные и безвозвратные; качество, свойства и степень опасности отходов.
Чтобы дать объективную оценку в этом споре сторон, вначале необходимо провести соответствующие уточнения терминов и определений: продукция, сырье, отход и др.
1. Основная продукция – это та продукция, для получения которой создано и осуществляется данное производство. В птицеводстве это яйцо, диетическое мясо птицы, пухо-перьевое сырье, птицепродукты – полуфабрикаты и различные готовые деликатесы. По окончании технологического процесса основной продукт всегда является товарным и имеет стандарт и цену.
2. Побочный продукт – дополнительная продукция, образующаяся при производстве основной продукции и не являющаяся целью данного производства, но пригодная как сырье в другом производстве или для потребления в качестве готовой продукции. Это понятие требует более глубокого анализа, результаты которого будут нами приведены после основных терминов и определений. Побочные продукты имеют самостоятельное экономическое значение, отличаются от основной продукции по своим физико-химическим свойствам, агрегатному состоянию, как правило, являются товарными, имеют стандарт или технические условия и установленную цену. При наличии в птицеводческих хозяйствах нужных стандартов и технических условий на пухо-перьевое сырье, птичий помет, мясо-костную муку – то эти вид продуктов можно отнести в разряд побочных. Кстати, на птичий помет разработаны и утверждены соответствующими органами Технические условия " Помет птичий для удобрения и приготовления компостов". Если при оценке его качественные показатели соответствуют тем, которые регламентированы указанными техническими условиями, то птичий помет к отходам относить нет никаких оснований.
3. Отходы производства – это остатки сырья, материалов, которые образовались в процессе производства основной продукции, утратившие свои потребительские свойства. На практике понятие " отходы производства" весьма динамично. Оно может меняться с внедрением новых технологических и технических решений в производственный процесс птицеводческих хозяйств и с изменением спроса на вырабатываемую продукцию. Например, птичий помет является ценным органическим сырьем при производстве экологически чистых и высокоэффективных удобрений. Полученная после переработки пера птицы перьевая мука является ценной кормовой добавкой в рационах всех видов птицы.
В решении этих актуальных проблем не только в промышленном птицеводстве, но и других отраслях АПК страны особое место принадлежит биотехнологии. Но, здесь следует признать, что без помощи ученых - биотехнологов проблема обеспечения экологической безопасности птицефабрик России никак не решить.
Накопленные по биотехнологии знания в настоящее время широко используется в биологических системах всех уровней, причем в самых разнообразных отраслях науки, промышленного производства, медицины, но в решении, так называемых птицеводческих экологических проблем, биотехнология пока не заняла первое место. При переработке органических отходов все еще используют технологии, включающие физические методы воздействия на сырье, высокотемпературные режимы с использованием большого количества тепловой и электрической энергии.
Такие технологии в определенной степени перерабатывая одни органические отходы, образуют новые, порой более опасные для окружающей природной среды. Например, термическая сушка птичьего помета позволяет получать сухой стерильный продукт - концентрированное высокоэффективное органическое удобрение, но отработанные газы, поступающие из сушильного устройства содержат газообразные вредные химические соединения, для нейтрализации которых требуется включение в технологический процесс термического дожига этих газов, что, безусловно, втрое удорожает использование этого способа.
Разрешите не останавливаться на использовании биотехнологии и ее перспективах в такой важной части буквально всех производств, как очистка и обеззараживание сточных вод. Аэротенки, метантенки, биофильты и другие узловые агрегаты, используемые в станциях биологической очистки сточных вод, довольно глубоко изучены в теоретическом и практическом плане, а, например, биологическая переработка таких птицеводческих отходов как кровь, перо птицы, многочисленные технические отходы птицепереработки, - эти виды побочной продукции птицефабрик, после соответствующей биологической переработки могли бы быть полностью и с большим эффектом вовлечены в хозяйственный медицинской промышленности, при производстве лекарственных препаратов. Потенциал их использования в народном хозяйстве практически не ограничен. А результат их использования дает сразу два эффекта – экономический и экологический, со всеми положительными последствиями, как для предприятий, так и окружающей среды. Для этого нужно только более глубоко изучить каждый вид отхода, а микроорганизмы для его переработки всегда найдутся. Я с уверенностью это заявляю потому, что традиционные биотехнологии существуют уже более тысячи, они апробированы многими поколениями и их успешно используют при производстве продуктов питания, различных напитков, промышленных товаров, для повышения плодородия почв.
Учитывая, что о проблеме утилизации органических отходов птицефабрик знают многие ученые и практики, то в наш институт птицеводства поступают многочисленные предложения и способы как переработать птичий помет. Но когда, если можно так назвать, энтузиасты заявляют, что их предложение позволяет переработать навоз и помет, то только по этой фразе можно дать уже заключение, что автор предложения не владеет элементарными знаниями о перерабатываем сырье, как объекте и материале, который предлагает переработать, то ли в газ, тепло, электрическую энергию, корма, выращивать калифорнийских червей или производить органические удобрения.
Таким рационализаторам - изобретателям я вынужден подсказать, что навоз и помет это совершенно различные виды отхода каждый из которых имеет отличительные составы физико-химических характеристик. А эти характеристики предопределяют выбор соответствующих агрегатов, машин, рабочих органов, из которых и комплектуется та или иная технологическая линия. Еще дополнительно должен подчеркнуть - даже птичий помет имеет различные физико-механические и химические показатели. Они зависят от способа содержания птицы (напольное или клеточное), вида птицы: куры яичного или мясного направлений, индейки, утки, гуси, цесарки, перерепела, страусы, возраст 30 суток или 400 дней содержания. Все это необходимо учитывать при разработках биотехнологий по переработке не только птичьего помета, но и других видов птицеводческих отходов.
Традиционные биотехнологии сложились на основании эмпирического опыта многих поколений людей, они характеризуются консерватизмом и сравнительно низкой эффективностью.
Но сегодня современная биотехнология включает ряд высоких технологий, которые базируются на последних достижениях экологии, генетики, микробиологии, цитологии, молекулярной биологии. Принимая во внимание, что в современной биотехнологии используются биологические системы всех уровней: от молекулярно-генетического до биогеоценотического (биосферного); при этом имеется возможность в промышленном птицеводстве создать принципиально новые биологические системы, не встречающиеся в природе. Биологические системы, используемые в биотехнологии, вместе с небиологическими компонентами (технологическое оборудование, материалы, системы энергоснабжения, контроля и управления) их принято называть рабочими системами, в которых найдут себе место микробиологический синтез, клеточная инженерия и генная инженерия. Современная биотехнология в птицеводстве может быть ведущим научным исполнителем направлении проведения таких работ как:
1. Промышленное производство продуктов питания, в первую очередь, белков и незаменимых аминокислот.
2. Повышение плодородия почв, производство биологически активных веществ для нужд сельского хозяйства.
3. Использование биологических систем для производства и обработки органических сырьевых ресурсов птицеводческих предприятий.
4. Использование биологических систем для утилизации отходов различного характера, биологической очистки сточных вод.
5. Создание организмов с заданными свойствами.
Промышленное птицеводство является хорошим испытательным полигоном для апробации развивающегося современного микробиологического синтеза, открывшего антибиотики и способы их производства с помощью актиномицетов и грибов. Необходимо учитывать, что в настоящее время микроорганизмы уже используются в различных высоких технологиях: для производства антибиотиков, кормового белка, витаминов, гормонов, ферментов, стимуляторов роста. При микробиологическом синтезе, когда превращение одних веществ в другие происходит с помощью микроорганизмов исходным сырьем как раз могут быть органические отходы птицефабрик. Которые еще требуют своего глубокого изучения и их пока скрытый потенциал нам еще не известен. В подтверждение этих слов разрешите вспомнить ситуацию, которая произошла со мной во время защиты кандидатской диссертации в нашем институте. Был заслушан доклад, прошли обсуждения о целесообразности переработки птичьего помета и использовании его в качестве удобрения для повышения плодородия почв. Встает для выступления ветеран войны и говорит, что "…Да, птичий помет является ценным органическим сырьем и может быть использован после соответствующей переработки в качестве удобрения. Но, имейте ввиду, что во время войны меня отозвали из действующей армии, чтобы мы освоили производство теобромина и пурина, в которых остро нуждалась армейская медицина. Эти препараты мы готовили… из птичьего помета". Такое выступление подтверждает нынешнее состояние, что органические отходы птицефабрик являются пока для ученых и практиков неизведанным биологическим объектом для исследований.
Следует признать, что технологические решения по переработке органических отходов биологическим способами в промышленном птицеводстве не имеют достаточной научной базы. Так, например, использование аэробной твердофазной ферментации органических смесей при производстве органических удобрений базируется на методе проб и ошибок.

Заключение

Более глубокое научное знание и понимание действия факторов, влияющих на процессы при промышленных способах биологической переработки органических отходов, не только птицефабрик, но и животноводческих ферм, свиноводческих комплексов, мясоперерабатывающих комбинатов, для всех пока в настоящее время является неиспользуемым скрытым резервом не только для увеличения производства нужной продукции, снижения себестоимости ее получения, но и обеспечения защиты окружающей среды от так называемых отходов, ввиду их отсутствия по причине полной реализации и использования в других отраслях народного хозяйства.
В настоящее время, благодаря энтузиазму и настойчивой работе группе ученых и практиков, пока удалось разработать, проверить и получить новые виды продукции птицефабрик только пока из птичьего помета – это экологически чистые высокоэффективные органические удобрения.
Для биотехнологов птицефабрики представляют, выражаясь языком земледельцев, невспаханное поле, которое ждет научных исследований, анализа и разработок по эффективной переработке отходов.
Более глубокое знание биологических процессов, основанных на законах микробиологии и их применение в технологии утилизации птицеводческих отходов, позволит полнее и с большим эффектом использовать закономерности протекания биологических процессов биоферментации.
Без знания основ и особенностей процесса биотермической переработки органических смесей, процесс ферментации может привести к неизвестным и даже отрицательным результатам. Вместо ценных органических новых видов продукции можно получить в лучшем случае балластный материал, в худшем - большие объемы дополнительного экологически опасного отхода с большим количеством патогенной микрофлоры.
В заключении следует сказать, что биотехнологам есть, где применить свои накопленные научные знания и практический опыт.