УДК 606:631.87 + 602.3:595
ПРОБЛЕМЫ ТОКСИЧНОСТИ ЖОМОВЫХ ОТХОДОВ СВЕКЛО-САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
А. А. Проценко, к. б. н., доцент,
докторант аграрного университета
«МСХА им. К. А. Тимирязева,
protselena@yandex.ru,
А. Е. Кузнецов, к. б. н., старший
преподаватель, kaf-ecolbiol@yandex.ru,
Е. П. Проценко, д. с.-х. наук, профессор,
kaf-ecolbiol@yandex.ru,
И. П. Балабина, к. б. н., доцент,
kaf-ecolbiol@yandex.ru,
Н. В. Ермакова, к. х. н., доцент,
natslavna@mail.ru,
М. В. Протасова, к. с.-х. наук, доцент,
kaf-ecolbiol@yandex.ru,
О. В. Лукьянчикова, к. б. н. доцент,
kaf-ecolbiol@yandex.ru,
Курский государственный университет
При изучении токсичности отходов сахарного производства методами биотестирования установлено, что в реальных условиях производства класс опасности традиционных малоопасных отходов свеклосахарного производства может изменяться в сторону увеличения токсичности. Свекловичный жом, являющийся пищевым продуктом по своему составу, при хранении подвергается уксуснокислому, а затем масля-но-кислому брожению, становясь опасным загрязняющим отходом 3 класса опасности. Данные отходы можно инактивировать при помощи создания почвенных компостов. Предлагаются возможности разложения кислого жома в черноземных почвах авторским способом с добавлением микробной закваски. Установлено, что по содержанию подвижных форм фосфора и калия жомодефекатные компосты в 4—9 раз превосходят их содержание в черноземных почвах, что делает их ценным удобрением. Обосновывается возможность применения компостов на основе свекловичного жома и сахарного дефеката в сельскохозяйственном производстве в виде органических удобрений.
When studying the sugar manufacture waste toxicity with the bio-testing methods, it was found that under real manufacturing conditions the class of hazard of traditional low-hazard sugar production waste can be changed in the direction of toxicity increase. Sugar beet pulp, being a food product according to its composition, incurs acetic acid and later amylic fermentations during its storage and becomes a dangerous polluting waste of the third class of hazard.
This waste can be inactivated by creating soil compost. The possibilities of acid pulp decomposition in the chernozem soil with the original author's method by adding mi-crobal ferments are proposed. It is found that the content of labile phosphorus and potassium pulp-mud composts is 4—9 times higher than in chernozem soil, what makes them a valuable fertilizer. The possibility of the use of this compost, made out of beet pulp and sugar mud, as an organic fertilizer in the agricultural industry is substantiated.
Ключевые слова: свекловичный жом, сахарный дефекат, биотестирование, фитотестирование, ком-посты.
Keywords: sugar beet pulp, sugar mud, bio-testing, phyto-testing, composts.
Одним из основных проблемных отходов сахарных заводов является свекловичный жом, который представляет выщелоченную свекловичную стружку, почти полностью лишенную сахара. В состав жома входят пектиновые вещества, клетчатка, гемицеллюлоза, имеется также небольшое количество белка, минеральных веществ и сахара. При развитии молочнокислого брожения жом приобретает приятный запах и вкус моченых яблок, цвет его становится светлым. Свежий жом в настоящее время в ряде хозяйств запахивают, используя его как растительные остатки [1]. Однако такой прием возможен в весьма ограниченные календарные сроки: сахарные заводы в РФ начинают работу в сентябре-октябре, в то время как в конце ноября во многих свеклосеющих районах наступают морозы, поэтому отходы жома лежат до весны в мерзлом состоянии. С наступлением весны многотонажные отходы (на среднем сахарном заводе скапливается 150—200 тыс. т жома) через 3—4 недели подвергаются маслянокислому брожению, распространяя потоки масляной кислоты, поступающие в водоемы. Утилизация отходов сахарной промышленности, в частности свекловичного жома, становится в настоящее время важной экологической проблемой регионов.
Лабораторные исследования, посвященные биотестированию, а также изучение физико-химических свойств компостов проводились в аккредитованной лаборатории «Мониторинга объектов окружающей среды» Курского государственного университета. Полевые исследования по испытанию компостов проводили в ООО «Хлебороб» Золотухинского района Курской области.
Исследования проводились в нескольких направлениях: исследовалась токсичность отходов сахарного производства — жома, фильтрационного осадка (дефеката), дефекационной грязи с использованием высших растений и гидробионтов. Изучались физико-химические свойства полученных авторским способом компостов.
Биотестирование считается эффективным методом оценки потенциальной опасности химического, физического или биологического воздействия на природные среды, в том числе почву. По данным Федерального классификационного каталога отходов фильтрационный осадок сахарного относится к 5 классу опасности для окружающей природной среды. Однако в условиях производства дефекат может быть загрязнен свекольными отходами и частицами почвы, представляя так называемую дефекационную грязь, класс опасности которой не определен, поскольку зависит от ее состава. В то же время свежий свекловичный жом, являясь кормом для животных и сырьем для пищевой промышленности (производство пектинов и т. д.), не имеет класса опасности. Однако кислый жом как продукт микробного разложения может быть токсичным для живых организмов [2]. Поэтому мы поставили задачу изучить токсичность данных отходов. Кислый жом отбирался из жомовых ям, а де-фекационная грязь отбиралась на полях фильтрации и исследовалась послойно. Необходимо отметить, что в изучаемых образцах свекловичного жома и сахарного дефеката содержание тяжелых металлов-ксенобиотиков находится в пределах ПДК.
Согласно международному стандарту ISO 11269-2 в качестве тест-растений необходимо выбирать минимум два вида растений, при этом одно должно быть однодольным, а другое — двудольным. Поэтому как тест-культуры нами были выбраны: однодольное растение — овес посевной (Avena sativa L.), двудольное растение — редис посевной (Raphanus sativus L.). Как тест-реакции учитывали энергию прорастания семян, длину проростка и длину корня. Для установления степени токсичности проб дефеката (дефекационной грязи) по каждой тест-функции для каждого тест-организма нами был рассчитан фитоэффект. По результатам фитотестирования водных вытяжек образцов дефеката, с использованием в качестве тест-культуры Avena sativa, установлено, что водная вытяжка образца дефекацион-ной грязи, отобранного с глубины 0—10 см, достоверно, по отношению к контролю, снижает энергию прорастания семян на 24 %, тогда как водная вытяжка образца с глубины 10— 20 см достоверно, по отношению к контролю, снижает энергию прорастания семян на 35 %.
Наиболее чувствительной тест-культурой является овес посевной (Avena sativa L.), а наиболее чувствительной тест-функцией — энергия прорастания семян. Угнетающе на растения овса действует только нативная вытяжка,
дальнейшее разбавление ее в 10 раз токсичности не показывает. Поэтому дефекационная грязь по результатам фитотестирования может быть отнесена к отходам 4 класса опасности.
В качестве тест-организмов для определения класса опасности дефеката и дефекаци-онной грязи мы использовали также зеленые водоросли Chlorella vulgaris, ресничные инфузории-туфельки (Paramecium caudatum) и планктонные рачки дафнии (Daphnia magna), которые наиболее часто используются при тестировании водных объектов.
Исходные вытяжки из отходов сахарной промышленности по-разному повлияли на состояние тест-культур гидробионтов, выбранных для исследования. Острое токсическое действие дефекационной грязи проявилось только по отношению к Daphnia magna, наблюдалась полная гибель культуры. Paramecium caudatum оказались нечувствительны к действию данного отхода. Действие отхода на одноклеточные зеленые водоросли привело к незначительному увеличению их биомассы по сравнению с контролем, но значения тест-функции не принимали пороговых значений. При разведении экстракта дефекационной грязи в 10 и 100 раз наблюдается снижение смертности дафний, однако токсический эффект отсутствует только при условии 100-кратного разведения. Разведение водного экстракта дефекационной грязи в 10 раз вызывает достоверное увеличение численности клеток водорослей практически в 2 раза (Р = 0,05; iKpHT = 2,78; tCTaT = 4,07).
Регрессионный анализ данных проводили по матрице, полученной на основе смертности Daphnia magna, результаты представлены на рис. 1.
Таким образом, влияние водных экстрактов отходов сахарного производства на гидро-бионтные организмы различных трофических
С- 10LgC
у = -1,99* + 7,0433 R2 = 0,9414
Рис. 1. Линия и уравнение регрессии в пробитной системе координат для смертности дафний при воздействии кратных концентраций водного экстракта дефекационной грязи
Зависимость LgR = f(ET) — логарифм разведения вытяжки
Рис. 2. Зависимость фитоэффекта корня овса Avena sativa от логарифма разведения экстракта
групп показывает их неоднозначные реакции на такой вид воздействия. Основываясь на полученных нами экспериментальных данных, можно предположить различные варианты развития событий при условии попадания компонентов дефекационной грязи в водную экосистему. Опираясь на данные наших исследований, этот отход можно отнести к 4 классу опасности для окружающей среды, так как токсический эффект отсутствует при разведении исходного экстракта в 100 раз (при учете реакции наиболее чувствительного тест-организма — Daphnia magna). Таким образом, результаты фитотестирования и биотестирования c помощью гидробионтов совпадают: дефе-кационная грязь имеет 4 класс опасности.
Определение фитотоксичности жома. Определение фитотоксичности кислого жома проводили для тех же тест-культур, что и дефе-кат. Необходимо отметить, что семена Avena sativa в нативной вытяжке вообще не проросли, в то время как семена Raphanus sativus через 6 дней дали корни, средняя длина которых составила 0,6 см (при длине на контроле 3,03 см). Поскольку при тестирован
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.